Мечта Эйнштейна. В поисках единой теории строения
Шрифт:
Итак, возникает проблема – действительно ли мы живём в аномальной области, как свидетельствуют последние результаты, или же правы Сэндейдж и Тамман? Казалось бы, решить её довольно легко, ведь в предыдущей главе рассказывалось о реликтовом излучении, заполняющем всю Вселенную, причём в разных направлениях его температура различна. По данным таких измерений, мы движемся к созвездию Льва со скоростью примерно 600 км/с, но Лев отстоит от центра скопления в Деве примерно на 43°! Итак, одни измерения свидетельствуют, что мы движемся в направлении Льва, а другие – что к Деве. Какие из них верны? Пока неизвестно.
Похоже, что мы зашли в тупик и в вопросе о возрасте Вселенной – 10 ей миллиардов лет или 20? К счастью, есть ещё два метода определения
Диаграмма Герцшпрунга-Рессела для молодого скопления (слева) и та же диаграмма для старого скопления (справа); показана точка поворота
Прежде чем рассказать о полученном результате, рассмотрим типичную диаграмму Герцшпрунга-Рессела. Если скопление относительно молодое, большинство точек лежит на диагонали, называемой главной последовательностью; кроме того, есть несколько точек в верхнем правом углу и совсем мало – в нижнем левом. На главной последовательности представлены все звёзды – от небольших красных карликов до голубых гигантов. Одной из особенностей этой диаграммы является то, что звезда, по мере старения, сходит с главной последовательности. Самые верхние точки, соответствующие голубым гигантам, сходят первыми, а по ходу старения скопления с главной последовательности сходит всё больше и больше звёзд, причём всегда, начиная сверху диаграммы. Это означает, что чем старше скопление, тем короче его главная последовательность. Особое значение имеет то, что точка, выше которой нет звёзд (она называется точкой поворота), позволяет оценить возраст скопления. 149
При рассмотрении диаграммы Герцшпрунга-Рессела для глобулярных скоплений становится видно, что у них точка поворота находится почти внизу главной последовательности. Это означает, что они очень стары; их возраст – от 8 до 18 миллиардов лет, т.е. Вселенной должно быть больше 10 миллиардов лет.
Второй метод заключается в наблюдении скоростей распада различных радиоактивных веществ. Мерой скорости этого процесса служит так называемый период полураспада – время, в течение которого распадается половина ядер данного вещества. Измеряя периоды полураспада атомов радиоактивных элементов в Солнечной системе, можно определить её возраст, а на его основе – возраст нашей Галактики. И вновь результаты указывают на то, что Галактике больше 10 миллиардов лет.
Сотрудник Чикагского университета Дэвид Шрамм и некоторые другие учёные применили ряд методов определения возраста Галактики, а затем обработали результаты для получения наиболее вероятного значения. Таким образом они получили оценку 15-16 миллиардов лет. Но и это убедило отнюдь не всех. Гарри Шипмен из университета Делавэра недавно провёл исследование эволюции белых карликов и определил их число в нашей Галактике; теперь он утверждает, что Млечному Пути не более 11 миллиардов лет. С его выводами согласны Кен Джейнс из Бостонского университета и Пьер де Марк из Йеля. Они внимательно изучили методику определения возраста глобулярных скоплений на основе графиков зависимости светимость – температура и пришли к выводу, что учёт погрешностей в наблюдениях звёзд, а также некоторых теоретических допущений позволяет снизить оценку
Вот так обстоит дело. Пока с уверенностью можно утверждать лишь то, что возраст Вселенной составляет от 10 до 20 миллиардов лет.
Может показаться, что раз мы не в состоянии определить возраст Вселенной точнее, чем с разбросом 10 миллиардов лет, дело плохо. Ещё печальней, что ряд астрономов теперь подвергает сомнению наблюдения, на основе которых построена теория Большого взрыва, а именно доплеровский сдвиг спектральных линий, свидетельствующий о расширении Вселенной. Согласно принятой интерпретации, сдвиг спектральных линий в сторону красного участка свидетельствует об удалении объекта от нас, и чем больше сдвиг, тем выше скорость удаления. Предполагая, что зависимость Хаббла верна, можно, измерив красное смещение, определить расстояние до объекта.
А как быть, если в одном и том же скоплении обнаружатся два объекта с разными красными смещениями? Или два несомненно взаимодействующих объекта имеют разные красные смещения? Такие результаты действительно были получены в последние годы, из-за чего некоторые астрономы засомневались в доплеровской интерпретации. Основным «неверующим» я бы назвал сотрудника обсерватории Хейл Холтона Арна.
Система Маркаряна 205-NGC-4319. Арн полагает, что объекты в ней взаимосвязаны
После защиты диссертации Арн приступил к работе на 200-дюймовом рефлекторе Паломарской обсерватории. Вскоре его заинтересовали необычные галактики – системы, состоящие из одной или более галактик с особенностями. В одних случаях это две или более взаимодействующих галактик, в других – галактики с искажёнными или неправильной формы рукавами. Арн составил атлас фотографий таких объектов и опубликовал его.
Квазар в созвездии Дракона (Маркарян 205)
Однажды его внимание привлекла странная галактика, рядом с которой находилось несколько компактных радиоисточников. Он решил посмотреть и на другие такие необычные галактики и обнаружил, что вокруг них также есть компактные радиоисточники (многие из них – квазары). Исходя из этого Арн выдвинул гипотезу о том, что эти компактные объекты выбрасываются из необычных галактик. Однако большинство астрономов не приняли эту гипотезу всерьёз.
Арн продолжал свои наблюдения и обнаружил ещё более странные объекты. В одном из наиболее интенсивных радиообъектов NGC-520 (номер по новому сводному каталогу) оказалась цепочка из четырёх квазаров. Неужели это просто совпадение? Арн был убеждён, что нет. После этого он изучил систему, которая вызвала затем больше всего споров. В этой системе, состоящей из галактики NGC-4319 и квазара Маркаряна 205, похоже, есть мостик, соединяющий квазар с галактикой. Несмотря на то что объекты кажутся взаимосвязанными, судя по величине красного смещения, их разделяют миллионы световых лет – галактика удаляется со скоростью 0,6% скорости света, а квазар – со скоростью 7% световой.
Неужели это возможно? Большинство астрономов было уверено, что мостик – лишь иллюзия, связанная с наложением двух объектов на снимке. Они полагали, что на самом деле квазар находится гораздо дальше галактики. Однако Арн сфотографировал систему на частоте линии излучения водорода, и на снимке мостик по-прежнему остался на месте. Более того, у него оказалась весьма чётко очерченная граница, чего не было бы в случае иллюзии. Если бы квазар находился далеко за галактикой, наблюдалось бы явное сужение к центру, чего на самом деле нет.