Большое космическое путешествие - страница 79
Наконец, в 1980-е годы в это соревнование смело ввязались и различные молодые астрономы, введшие новые типы стандартных свечей и предложившие оптимизированные приемы наблюдения. Космический телескоп «Хаббл» разрабатывался отчасти и для того, чтобы дать ответы на эти вопросы: его работе не мешала атмосфера, поэтому аппарат, обладавший превосходной разрешающей способностью, позволял в точности измерять свойства переменных звезд-цефеид в галактиках, удаленных от нас на 30–40 миллионов световых лет. Команда под руководством Венди Фридман (которая много лет руководила обсерваториями Карнеги в Пасадене, там, где работал Сендидж) выполнила при помощи телескопа «Хаббл» исчерпывающую серию измерений. Ученые опубликовали результаты работы в 2001 году, сообщив, что H = 72 ± 8 (км/c)/Мпк, – это почти среднее значение между результатами Сендиджа и де Вокулёра. Интересно, что Рич Готт с коллегами в 2001 году оценили постоянную Хаббла, скомбинировав в своей статье все опубликованные к тому моменту измерения (полученные самыми разнообразными методами), и взяли медианное (среднее) значение: 67 (км/c)/Мпк. Медиана часто оказывается удивительно хорошим индикатором, поскольку она менее подвержена влиянию случайных значений, нежели простое среднее. Наилучшая оценка на сегодняшний день, полученная с использованием параметров реликтового излучения (РИ), найденных спутником «Планк», равна 67 ± 1 (км/c)/Мпк. Как будет рассказано в главе 23, эту цифру подтвердили и измерения в рамках Слоановского цифрового обзора неба, результат которых составил 67,3 ± 1 (км/c)/Мпк. В последнем случае комбинировались данные по РИ, сверхновым и скоплениям галактик.
Аллан Сендидж ушел из жизни в 2010 году в возрасте 84 лет, это был один из титанов в нашей научной сфере. В своей последней статье на рассматриваемую тему, написанной в 2007 году, он отметил, что значение постоянной Хаббла может лежать в диапазоне от 53 до 70 (км/c)/Мпк; то есть он хотел поддержать именно то значение, которое у нас получается сегодня.
Теперь, когда вопрос с постоянной Хаббла исчерпан, можно вернуться к обсуждению следствий закона Хаббла и расширению Вселенной.
Можно уподобить Вселенную колоссальному караваю хлеба с изюмом, который запекается в духовке. Галактики – это изюминки, а тесто – межгалактическое пространство. Когда хлеб поднимается (и тесто разбухает), все изюминки отодвигаются друг от друга, поэтому «с точки зрения» отдельной изюминки все остальные изюминки убегают от нее. Поэтому любая изюминка (галактика) может (ошибочно) заключить, что является центром всего пирога (Вселенной). Более того, некая изюминка, находящаяся на двойном расстоянии от первой изюминки, будет убегать от нее вдвое быстрее, чем ближняя, поскольку между ними будет нарастать вдвое больше мякиша. Изюмно-хлебная модель Вселенной подчиняется закону Хаббла.
Эта аналогия не идеальна. У хлеба с изюмом есть четко определенный центр (зная, где начинается корочка, можно найти и центр), а реальная Вселенная кажется бесконечной (насколько мы можем измерить) и у нее нет краев, ориентируясь на которые можно было бы найти ее центр. В главе 22 мы вернемся к вопросу о форме, или геометрии, Вселенной.
Согласно закону Хаббла, галактики, как правило, движутся прочь друг от друга – из этого следует вывод, что Вселенная расширяется. Означает ли это, что и отдельные галактики расширяются, и звезды в них удаляются друг от друга? Расширяется ли Солнечная система? Солнце? Сами наши тела? Люди, борющиеся с излишним весом, могли бы утвердительно ответить на последний вопрос, но на практике хаббловское расширение Вселенной прослеживается лишь в масштабе межгалактических расстояний. Галактики, как и изюминки, сами по себе не расширяются – расширяется именно пространство между ними. Те объекты, которые удерживаются в целости благодаря конкретным силам, например отдельные галактики, отдельные звезды, планеты и даже мы сами, не расширяются. На самом деле, даже Млечный Путь и галактика Андромеды связаны друг с другом силой гравитации, поэтому они летят навстречу друг другу, а не разлетаются. Именно поэтому галактика Андромеды – одна из немногих, которым присуще голубое смещение.
Мы уже упоминали, что Млечный Путь и галактика Андромеды столкнутся примерно через 4 миллиарда лет (еще до того, как наше Солнце сожжет весь водород в ядре и превратится в красный гигант). Однако расстояние между отдельными звездами в галактиках настолько огромно по сравнению с размерами самих звезд, что две галактики просто пройдут одна сквозь другую, и межзвездных столкновений при этом почти не будет. Поэтому в Голливуде вряд ли снимут блокбастер-катастрофу «Столкновение галактик» – хотя нет, эти могут. Сколько уже раз в фильмах устраивали форменное издевательство над научными фактами ради выразительных спецэффектов!
Если Вселенная в данный момент расширяется, а пространство между галактиками со временем увеличивается, это означает, что в прошлом галактики находились ближе друг к другу. Рассмотрим галактику, отстоящую от нас на расстояние d. Она удаляется от нас с некоторой скоростью в соответствии с законом Хаббла Hd. Если условно предположить, что эта скорость с течением времени не изменяется, то можно поставить вопрос: сколько времени потребуется галактике, чтобы преодолеть расстояние d? Иными словами, как давно эта галактика была прямо у нас над головой? Если я живу в 500 км от некоторого города и кто-то едет из этого города ко мне в гости со скоростью 50 км/ч, то он покроет это расстояние за время, вычисляемое про формуле 500 км/50 км/ч = 10 часов. В данном случае нас интересует, как давно галактика находилась прямо над нами. Промежуток времени t до этого момента времени равен расстоянию d, пройденному галактикой, деленному на ее скорость v (которая, по закону Хаббла, равна Hd):
