Если бы закон Хаббла

υ = Hr

выполнялся точно и коэффициент H был известен, то, определив из наблюдений Δƛ / ƛ, а затем по формуле υ / c = Δƛ / ƛ лучевую скорость υ , можно было бы найти расстояние до галактики.

 

Но закон υ = Hr  выполняется неточно. Он был бы точ­ным, если бы у галактик отсутствовали индивидуальные скорости и они удалялись от нас в строгом соответствии с общим расширением пространства. Как было указано выше, индивидуальные лучевые скорости в метагалактическом поле составляют 200—300 км/с, а в некоторых плотных скоплениях достигают 400—600 км/с. Они могут быть как положительными, так и отрицательными. По­этому если, например, полученная из наблюдений лучевая скорость равна +500 км/с, то очевидно, что в ее образо­вании индивидуальная лучевая скорость галактики могла играть значительную роль, составляя многие десятки процентов   от   измеренной   величины.    Следовательно, в этом случае, т. е. в случаях малых скоростей и малых расстояний, точность закона Хаббла  очень низка.

Если же полученная из наблюдений лучевая скорость велика, равна, например, +30000 км/с, то роль индиви­дуальной скорости галактики в ее образовании незначи­тельна, она составит около 1% измеренной скорости. Сле­довательно, для больших скоростей, а значит, и для больших расстояний закон Хаббла выполняется с большой степенью точности. Такова любопытная особенность за­кона Хаббла: он тем точнее, чем больше расстояния.

Мы приходим к важному выводу. Стоит только один раз каким-нибудь способом надежно определить значение мировой константы — коэффициента H, и станут извест­ны расстояния до всех далеких галактик и их скоплений, если для них измерено красное смещение спектра. Будет уверенно промериваться практически все доступное на­блюдениям пространство, потому что введение в строй все более крупных телескопов и использование чувстви­тельных фотопластинок позволяет при больших выдерж­ках получать спектры очень слабых, отдаленных объектов и измерять в них красное смещение линий. Таким обра­зом, коэффициент H фактически определяет шкалу вне­галактических расстояний.

Но надежное определение значения мировой констан­ты H оказалось очень сложным делом.

Построенные Хабблом, а впоследствии Хьюмасоном, Мейаллом и Сендиджем диаграммы , показанной в посте «Закон всеобщего разбегания галактик»  поз­воляют только удостовериться в правильности закона Хаббла, но не могут быть использованы для опреде­ления значения коэффициента H.

Единственный способ определения H состоит в сле­дующем. Нужно у какой-нибудь галактики, которая до­статочно далеко и поэтому для нее достаточно точно выполняется закон υ = Hr , измерить красное смещение спект­ра и по формуле υ / c = Δƛ / ƛ вычислить υ. Кроме того, ив этом вся трудность задачи, нужно как-то независимо измерить расстояние до этой галактики. Тогда в равенстве υ = Hr  ве­личины υ и rстанут известны, значение коэффициента H определится.

Закон Хаббла выполняется тем точнее, чем дальше рас­сматриваемая галактика. Задача поэтому сводится к оп­ределению каким-нибудь способом расстояния до возмож­но более далекой галактики. Для решения ее Хаббл при­менил метод, который можно назвать двухступенчатым.

Сначала он определил расстояние до туманности Андро­меды при помощи цефеид. Короткопериодические цефеи­ды в этой галактике наблюдаться не могли даже в 2,5-метровый телескоп, которым пользовался Хаббл. Но имеющие значительно более высокую светимость, наблюдались уверенно. Измеряя периоды этих переменных звезд, Хаббл по известному тогда соотношению период — абсолютная звездная вели­чина находил значения М у цефеид. А сравнение абсо­лютной звездной величины звезды с ее наблюдаемой ви­димой звездной величиной по формуле r = 101-0,2Mx100,2m              определяет расстояние.

Знания расстояния до туманности Андромеды еще , недостаточно для определения константы Н. Слишком близка эта галактика и, как мы знаем, лучевая скорость у нее даже отрицательна. У более же далеких галактик долгопериодические цефеиды становятся недоступными наблюдениям, нужно найти какие-то более яркие объекты для определения расстояния. Хаббл использовал ярчайшие звезды галактик. Так как расстояние до туманности Ан­дромеды было уже определено, он по видимым звездным величинам ярчайших звезд этой галактики, используя формулу М = m-5 lg r + 5  , определил их абсолютные звездные вели­чины. Ярчайшие звезды на несколько звездных величин ярче долгопериодических цефеид и могут наблюдаться у более далеких галактик. Затем Хаббл выбрал несколько спиральных галактик в скоплении Девы, достаточно да­леких, но у которых еще была возможность различить несколько точечных объектов — ярчайших звезд. Он предположил, что средняя абсолютная звездная величина нескольких ярчайших звезд во всех спиральных галакти­ках одна и та же. Следовательно, у спиральных галактик в Деве она такая же, как у туманности в Андромеде. Тогда сравнение этих. абсолютных звездных величин с наблюдаемыми видимыми звездными величинами опреде­ляет расстояние. У галактик, расстояния которых были таким образом определены, лучевые скорости несколько превосходят 1100 км/с — это все-таки в несколько раз больше средней индивидуальной скорости галактик и ра­венство υ = Hr  можно считать приблизительно верным. Конечно, желательно было бы использовать более да­лекие галактики, имеющие большие лучевые скоро­сти, но в них уже и ярчайшие звезды становятся не­видимыми.

Из использованных Хабблом галактик основную роль сыграла самая яркая галактика скопления Девы NGC 4321

В итоге всех исследований Хаббл пришел к следующе­му значению всемирной константы Н:

Н = 540 км/с на мегапарсек.

   Следовательно, темп расширения пространства таков, что точка, находящаяся на расстоянии в 1 Мпс, удаляется со скоростью 540 км/с, точка на расстоянии 2 Мпс уда­ляется со скоростью 1080 км/с и т. д. Если измеренная лучевая скорость галактики составляет 10000 км/с, то расстояние ее равно

10000 км/c / 540 км/с = 18,5 Мпс

   Мы отмечали выше, что пространство расширяется изо­тропно и закон Хаббла верен при наблюдении из любой точки Вселенной, а не только с Земли. Любые две галак­тики, разделенные расстоянием в 1 Мпс, вследствие рас­ширения пространства удаляются друг от друга со ско­ростью 540 км/с. Нужно полагать, что за время существования галактик их скорости не претерпели существенных изменений. Тогда можно определить время, необ­ходимое галактикам, чтобы после того как произошел взрывной процесс, разойтись на то расстояние, на кото­ром они находятся сейчас:

1Мпс/ 540 км/с = 3,81×1019км/ 540 км/с = 7×1016c=2,5×109 лет

Два с половиной миллиарда лет назад, согласно рас­четам Хаббла, произошел взрывной процесс, сделавший наблюдаемую Вселенную такой, какой мы ее видим сейчас.

 

Т.А.Агекян «Звезды, Галактики, Метагалактики» 1981 год. Издание третье, переработаное и дополненое

Приглашаем Вас обсудить данную публикацию на нашем форуме о космосе.