Откуда мы знаем, как далеко галактики?

 

Галактики — это строительные блоки Вселенной, поэтому вопрос «Как мы узнаем расстояния до галактик?» является синонимом вопроса «Откуда мы узнаем размер Вселенной?».

 

Чтобы найти расстояние до галактики, необходимо найти «стандартную свечу» — объект, светимость которого мы можем сравнить с аналогичными объектом, расположенным рядом.

 

Для ближайших галактик астрономы используют переменные цефеиды. Период, в течение которого они меняют свой блеск, связан с их истинной светимостью.

 

Цефеиды высокой светимости были замечены в галактике М100, что позволило определить расстояние до них в 56 млн световых лет за пределами Млечного Пути.

 

Двигаясь дальше, астрономы должны найти более яркие свечи, чем цефеиды: сверхновые типа la.

 

Сверхновые типа la возникают в двойных системах, в которых одна звезда сжимает вещество до суперкомпактного «белого карлика» размером с Землю, вызывая его взрыв.

 

Широко распространено мнение, что, когда такие белые карлики, наконец, взрываются как сверхновые, они всегда имеют одинаковую светимость.

 

Сверхновые типа la такие яркие, что они видны на краю Вселенной. Так были получены оценки расстояний до самых отдаленных галактик.

 

Измерения космических расстояний позволяют оценить «постоянную Хаббла», которая устанавливает масштабы Вселенной. Лучшая текущая оценка: 73 (км/с)/Мпк.

 

Это означает, что две галактики, разделенные расстоянием в 1 мегапарсек (3,26 млн световых лет), в среднем разлетаются со скоростью в 73 км/с из-за расширения в результате Большого взрыва.

 

Скорость галактик определяется из «растяжения» приходящих от них световых волн (красное смещение). Зная это и постоянную Хаббла, можно оценить расстояние.

 

Примечание: расстояние не вполне реальное. Дело в том, что при расчетах с использованием скорости света мы всегда получаем расстояние до движущегося объекта, существовавшего в «более раннее время».

 

Поэтому у астрономов принято ссылаться не на вычисленное расстояние до галактики, а на красное смещение как на более реальную меру ее удаленности от нас.

 

Квазары, или квазизвездные объекты, подобные звездным булавочным уколам света, находятся далеко за пределами расстояния, на котором может быть видна любая звезда.

 

Первооткрыватель квазаров (1963) — голландско-американский астроном Маартен Шмидт. Другие астрономы видели их, но он был первым, кто обосновал их существование.

 

Чтобы сверкать так ослепительно, находясь на ошеломляюще огромном удалении во Вселенной, квазары должны быть необыкновенно яркими.

 

Типичный квазар испускает 100-кратную энергию нормальной галактики типа Млечного Пути. Невероятно, но она исходит из объема меньшего, чем Солнечная система.

 

Ядерная энергия здесь ни при чем. Единственный возможный источник — «гравитационная энергия», высвобождаемая материальным объектом, падающим к центру черной дыры.

 

Свет излучается «аккреционным диском»[24] квазара, образующимся при поглощении черной дырой его вещества, разогреваемого до белого каления из-за завихрений, подобных воронке в сливном отверстии.

 

Здесь речь идет не об обычной черной дыре, а о «супермассивной». Самые яркие квазары имеют почти в 30 млн раз большую массу, чем Солнце.

 

После открытия квазаров окружающие звезды кажутся «пушинками». Квазар это суперъяркое «ядро» галактики, затмевающее все остальное.

 

Квазары — примеры чрезвычайно «активных галактик», чей свет преимущественно обязан не звездам, а супермассивной черной Дыре.

 

Активных галактик приблизительно 1 % от общего числа. В дополнение к квазарам другие типы включают эллиптические «радиогалактики» и спиральные «сейфертовские»[25] галактики.

 

Возможно, большинство галактик — даже наша собственная — прошли через активную фазу (квазар) в юности. Она закончилась, когда центральная черная дыра исчерпала топливо.

 

Сегодня вокруг нас нет квазаров. Их расцвет происходил миллиарды лет назад. Мы видим их сияние в наши телескопы подобно бриллиантовым маякам, светившим на заре времен.

 

Разве лишь в нескольких галактиках скрываются гигантские черные дыры?

 

В течение длительного времени после того, как квазары были обнаружены, их считали аномалиями — космическими диковинами, не связанными с нормальными галактиками.

 

Постепенно стало понятно, что большинство, если не все галактики, содержат в сердцевине супермассивные черные дыры — от миллионов до миллиардов масс Солнца.

 

Большинство супермассивных черных дыр являются неактивными, сидят, сложа руки, и часто их трудно видеть, потому что они скрываются в межзвездной пыли.

 

Даже Млечный Путь скрывает супермассивную черную дыру, хотя и скромную. Стрелец А* имеет массу приблизительно в 4,3 млн солнечных масс.

 

Имеется сильное подозрение, что большинство галактик, включая нашу собственную, прошло активную фазу квазара в юности. Он выключился, когда поступление газа закончилось.

 

Квазары, должно быть, вспыхивали в ранней Вселенной, потому что тогда было полно пищи вокруг. Газ был тогда израсходован на формирование звезд.

 

Так, галактики находились раньше ближе друг к другу (Вселенная расширяется). Столкновения галактик обеспечивали кормом центральную черную дыру.

 

Сверхмассивные черные дыры крохотны, а галактики велики. Но как ни странно, их свойства связаны. Черные дыры составляют 1/700 массы центральной выпуклости звезд.

 

Намекнем на близкую связь между черными дырами (ЧД) и галактиками. Либо галактика породила ЧД, либо ЧД породила галактику. Или они родились вместе.

 

Точный характер связи между супермассивными черными дырами и галактиками — одна из величайших нерешенных загадок в космологии.