Галактики. Большой путеводитель по Вселенной - Джеймс Гич

Первая проблема, с которой мы сталкиваемся как космические картографы, заключается в том, что мы можем измерить положения галактик только в сферической системе координат, определяемой местонахождением галактик на небе (внутренней поверхности сферы) и красным смещением (или, если нам повезло, при помощи «правильного» измерения расстояния, такого как метод параллакса или цефеиды, но обычно они работают только локально), то есть речь идет об измерении радиального расстояния наружу. Картирование Местной группы галактик – процесс не слишком сложный, потому что большинство галактик довольно яркие и их легко измерить. Тем не менее все еще легко можно пропустить маленькие ближние галактики, обладающие очень низкой светимостью, поэтому Местная группа иногда пополняется новыми членами.

Скопление Кома (скопление Волосы Вероники) – самая массивная структура в близлежащей Вселенной, где тысячи галактик собираются на участках с высокой плотностью. Кластеры представляют собой части Вселенной, которые были самыми большими флуктуациями плотности в материальном поле вскоре после Большого взрыва. Под постоянным воздействием гравитации эти возмущения со временем нарастали и накапливали материю, превращаясь в гигантские структуры, подобные этой. Кластеры населены одними из наиболее старых и массивных галактик во Вселенной (эллиптических) и могут со временем захватывать новые галактики, которые трансформируются по мере их пересечения со скоплениями. На этом изображении видна довольно голубая (по сравнению с «красными и мертвыми» эллиптическими и линзовидными галактиками) спиральная галактика, где образуются звезды. Понимание эволюции галактик в кластерах – важная область современных исследований космоса

На снимке – карта Местной группы галактик, выявленных на сегодняшний день в спектроскопических исследованиях красных смещений, ключевым из которых является Слоановский цифровой обзор неба (англ. Sloan Digital Sky Survey, SDSS). Карта центрирована с учетом центра Земли и радиального увеличения космического расстояния. Эти две окружности соотносятся со временем прохождения света в 1 млрд и 2 млрд лет: когда мы смотрим на далекие галактики, то видим их такими, какими они были в прошлом, что позволяет нам изучать свойства галактик в исторической перспективе. Две клиновидные области с небольшим количеством галактик – это Зона избегания, то есть область на небе, закрываемая галактикой Млечный Путь, где плотность ее диска слишком высока и не пропускает свет из внегалактических источников. Обратите внимание на то, как галактики образуют пенистую нитевидную структуру – «космическую сеть» материи

По мере исследования все более глубокой Вселенной видимые размеры объектов становятся все меньше и меньше, что затрудняет их наблюдение. Съемка, которая ограничена «глубиной» (то есть коротким временем экспозиции или низкой чувствительностью), начинает пропускать галактики, слишком слабые для обнаружения камерой или каким-либо другим инструментом, который мы используем. Мы называем это «неполнотой» обзора и вынуждены признавать и пытаться решить эту проблему, если хотим избежать ошибочных выводов в наших анализах. Например, представьте, что вы стоите на нашем холме из первой главы и смотрите на далекий горизонт, наблюдая за бликами других городов. Найти отдаленные города довольно легко, но вы не сможете увидеть те из них, в которых нет огромных небоскребов. Можно в итоге прийти к выводу, что других деревень и городов нет – есть лишь крупные мегаполисы. Но этот вывод, вероятнее всего, будет неправильным: если вы не можете обнаружить отдаленные деревни и города, это не значит, что их там нет. Вместо этого было бы разумнее предположить, что раз на окраине вашего города есть несколько деревень, то и другие отдаленные города, схожие с вашим по размеру, скорее всего окружает примерно столько же селений. Подобные игры мы ведем и с наблюдениями за далекой Вселенной: мы должны делать предположения о вещах, которые еще не видим, и выстраивать прогнозы, чтобы при появлении более совершенных инструментов смогли подтвердить или опровергнуть наши гипотезы.

Другая проблема, как мы уже обсуждали в первой главе, заключается в том, что мы никогда не получаем полного представления о внегалактическом пространстве «всего неба»: диск Млечного Пути настолько толстый, что почти никакой свет от далеких галактик не может сквозь него пройти. Карты распределения галактик обычно имеют клиновидную форму – это показывает, что мы можем ясно видеть только отдаленные источники в полосах выше и ниже плоскости нашей Галактики, где низкая плотность звезд, пыли и газа. Хотя это и неудобный, но все же ни в коем случае не катастрофический факт. С одной стороны, фактическое встраивание в диск Галактики позволяет нам детально изучить его в пространственных масштабах, что – по очевидным причинам – невозможно в отношении внешних галактик. Внутренняя работа Млечного Пути составляет существенную часть наблюдений галактических астрономов, при этом большинство активных исследований сосредоточены на переполненной событиями галактической плоскости.

С другой стороны, существует космологический принцип, называемый принципом изотропии, который утверждает, что в больших масштабах Вселенная во многом выглядит одинаково во всех направлениях. То есть, наблюдая достаточно приличный кусок Вселенной над и под диском, мы можем быть совершенно уверены, что если бы мы могли видеть сквозь галактику, то другие Галактики в этом направлении (статистически) были бы примерно такими же. Если коротко, то мы ничего не теряем. Другими словами, если бы мы взяли наш кубик объемом в кубический метр и поместили его в какую-нибудь совершенно случайную часть Вселенной, то обнаружили бы, что, хотя точная схема расположения галактик может отличаться, на этом участке будет столько же галактик, групп и скоплений, а их статистические свойства окажутся одинаковыми.

Прогресс, которого мы достигли в картировании Вселенной для более крупных масштабов, в начале шел довольно медленно. В доисторические времена люди впервые заметили звезды, начав таким образом наше астрономическое путешествие, но ограничив человеческое знание Вселенной пределами нашей Галактики. За очень долгое время не было достигнуто большого прогресса, потому что технологии не совершенствовались: человеческий глаз может увидеть не так уж много. Но за последние 400 лет с момента изобретения телескопа голландскими оптиками мы смогли исследовать намного больше. Нет сомнений в том, что это расширение полностью обусловлено технологическими достижениями и инновациями в создании телескопов и датчиков. Этот прогресс продолжается и идет сегодня значительно быстрее, чем когда-либо прежде: разрабатываются планы по созданию «чрезвычайно» больших телескопов с основными зеркалами, размер которых в три или даже четыре раза превысит масштабы зеркал самых больших телескопов, работающих с видимым светом сегодня. Мы даже можем размещать телескопы в космосе и управлять ими дистанционно с Земли; только представьте, что бы об этом подумали первые пионеры телескопов! Точно так же постоянно идет выпуск новых инструментов – все более чувствительных, эффективных, умных и технологически продвинутых. Это делает нашу область научных исследований востребованной и захватывающей, поскольку всегда есть возможность открыть нечто совершенно новое, только и ждущее, чтобы его обнаружили.