Космос становится больше. Хаббл. Расширение Вселенной - Eduardo Lopez

Американский астроном Генриетта Ливитт (1868-1921), исследователь-ассистент в Гарварде, сделала очень важное открытие. Она обнаружила цефеиды в Малом Магеллановом Облаке и предположила следующее: так как, по всей видимости, все цефеиды принадлежат к одной туманности, значит все они находятся примерно на одинаковом расстоянии от нас. Ливитт открыла знаменитое отношение между периодом и светимостью (см. график). Под светимостью понимают лучистую энергию, испускаемую звездой в секунду. Чем больше период, тем больше светимость звезды. Важность этого открытия заключалась в том, что, идентифицировав цефеиды, можно было измерить период и, следовательно, их светимость. А зная значения светимости и светового потока, измеренных на Земле, можно вычислить расстояние. Например, если ближние цефеиды имеют звездную величину 5, а цефеиды в Магеллановом Облаке — 15, получается, что Малое Магелланово Облако находится в 100 раз дальше. Но как узнать расстояние до ближних цефеид? Чтобы воспользоваться этим методом и применить цефеиды «как стандартные канделы», необходима калибровка.

Итальянский исследователь и географ Антонио Пигафетта (прим. 1480 — прим. 1534) в XVI веке участвовал в первой кругосветной экспедиции Магеллана и Элькано. В «Первом путешествии вокруг света», где были собраны полученные во время экспедиции сведения, Пигафетта пишет:

«Антарктический полюс не такой звездный, как Арктический. Там можно увидеть много групп мелких звезд, формирующих две не очень отдаленные друг от друга и не очень яркие туманности. Между ними имеются две более крупные спокойные звезды, также не слишком яркие»».

В этом абзаце описаны Магеллановы Облака. Если бы Пигафетта знал, какую роль сыграют эти две туманности в великом открытии Генриетты Ливитт!

Предположительно портрет Антонио Пигафетты. Библиотека Бертолиана, Виченца.

Не существует настолько близких цефеид, расстояние до которых можно было бы рассчитать с помощью метода триангуляции, но в то время уже существовали способы измерения расстояния внутри Солнечной системы. Герцшпрунг первым осуществил калибровку, поэтому именно его можно назвать человеком, определившим расстояние до Малого Магелланова Облака. По его мнению, эта туманность находилась на расстоянии 30 тысяч световых лет (сейчас мы считаем, что расстояние равно 200 тысячам световых лет). Никогда прежде расстояния такого порядка не измерялись. Однако судьба распорядилась так, что в публикации была допущена опечатка: в журнале Astronomishe Nachrichten {«Новости астрономии») вместо 30 тысяч было напечатано 3 тысячи.

Другой замечательный астроном из Принстона, Генри Рассел, независимо от Герцшпрунга произвел расчеты и получил 80 тысяч световых лет. Разница между результатами Герцшпрунга и Рассела велика, но так бывает на первой стадии исследования. Важно то, что расстояние значительно превышало все прежние измерения, а кроме того, этот же принцип можно было применить и для других туманностей. В основе расчетов лежала еще одна гипотеза: свет, испускаемый Малым Магеллановым Облаком, доходит до Земли и на этом пути ничем не поглощается. Эта гипотеза впоследствии получила обоснование.

Шепли в Маунт-Вилсоне наблюдал цефеиды в шаровых скоплениях, а дома со своей невестой Мартой Бец он пытался интерпретировать полученные результаты. Вполне возможно, что Марта сыграла очень важную роль в работе ученого, однако об этом нет достоверных сведений: участвовать в наблюдениях в обсерватории она не могла, потому что, как мы уже говорили, женщинам доступ к телескопам Маунт-Вилсона был запрещен.

В первую очередь Шепли проверил, что отношение периода и светимости Ливитт выполняется и в шаровых скоплениях. Затем он усовершенствовал калибровку Герцшпрунга и Рассела, а дальше последовало его самое удивительное открытие: Шепли предположил, что шаровые скопления распределены симметрично вокруг центра Млечного Пути. Так появилась новая модель нашей галактики. Ее размеры оказались значительно больше, чем предполагалось раньше, Солнце в этой модели переместилось из центра на периферию, на расстояние в 30 тысяч световых лет, а сам центр находился в направлении созвездия Стрельца. Сегодня эта модель после некоторых уточнений признается абсолютно верной.

По сравнению с размерами Млечного Пути расстояние до Малого Магелланова Облака оказалось не таким уж и большим. Шепли предположил, что вся Вселенная ограничена Млечным Путем, а дальше ничего нет. Большие скорости, обнаруженные Слайфером, Шепли интерпретировал как выбросы из Млечного Пути под давлением излучения. Нетрудно было представить выброс газовой массы, отталкиваясь от версии, что спиральные туманности состоят не из звезд. Подчеркивая свое предположение относительно Млечного Пути как единственной Вселенной, Шепли называл его Великой Галактикой.

Также в своей диссертации Шепли рассматривал так называемую новую звезду, появившуюся в М31 (на самом деле сверхновую). Не останавливаясь на современной трактовке, можно сказать, что та звезда сияла, как вся М31. Если бы Андромеда состояла из звезд, эта новая звезда осталась бы незамеченной — если только она не излучала невообразимое количество энергии. Сегодня мы знаем, что на сверхновых звездах действительно происходит колоссальный выброс энергии, но в свое время аргумент Шепли был убедительным: Андромеда должна быть газообразной, а новая звезда (S Андромеды) — обычной звездой.

В подкрепление блестящей теории Великой Галактики ван Маанен утверждал, что мог наблюдать вращение в центральных зонах спиралей, известных как МЗЗ, М51, М81 и М101. Если бы эти туманности находились за пределами Млечного Пути, это движение имело бы скорость, значительно превышающую скорость света.

Теория Великой Галактики сегодня отвергнута благодаря усилиям, в частности, Хаббла. Но критиковали ее и другие исследователи, среди которых был Гербер Кёртис. Он говорил, что спектр спиралей с линиями поглощения почти идентичен спектру звезд класса F или G и не похож на газовые спектры, характеризующиеся линиями испускания. Спирали должны были состоять из звезд, а не из газа, вопреки утверждениям Шепли.

Большие спирали [...], по всей видимости, расположены за пределами нашей звездной системы.

Эдвин Пауэлл Хаббл

Кёртис много наблюдал спиральные туманности, блеск которых прерывался черными полосами. Он дал верную интерпретацию этого феномена, указывая в качестве причины межзвездное поглощение света. Но подобные полосы в спектре могли быть и у Млечного Пути, и если это так, то один выстрел убивал двух зайцев: поглощение не позволяло видеть спирали за пределами Млечного Пути. Таким образом, мы не видим других спиралей в направлении плоскости симметрии Млечного Пути не потому, что их нет, а потому, что их не видно. Это позволяло объяснить ошеломляющую разницу между моделями Млечного Пути Гершеля и Каптейна, с одной стороны, и моделью Шепли, с другой. Если Гершель и Каптейн утверждали, что Солнце находится в центре галактики, то Шепли был уверен: оно смещено на 30 тысяч световых лет в сторону периферии.

Сверхновую в Туманности Андромеды Кёртис считал незнакомым видом звезды с невероятной кратковременной светимостью. В конце концов, подобные вспышки уже наблюдали астрономы во времена Иоганна Кеплера (1571-1630) и Тихо Браге (1546-1601). Также Кёртис усомнился в ошибочном, но честном свидетельстве ван Маанена о том, что он наблюдал вращение в спиральных галактиках.

Таким образом, когда Хаббл вступил в сражение, существовало две теории: о Великой Галактике, представлявшей собой всю Вселенную (Шепли), и о Млечном Пути среди миллионов других далеких галактик, и обе они имели своих сторонников. Большее доверие вызывали идеи Кёртиса, но и Шепли находил поддержку. Сегодня известно, что прав был Кёртис, но мы не должны забывать о заслугах Шепли, который рассчитал расстояние до шаровых скоплений, уточнил размеры Млечного Пути и переместил Солнце из центра в то место, где оно и должно располагаться.

Что еще нужно было сделать для доказательства той или иной теории? Следующим шагом было обнаружение цефеид в спиральных туманностях, и это позволило подтвердить, что они находятся гораздо дальше Магеллановых Облаков. И в это время произошли странные события, из-за которых часто говорят, что история делает все возможное, чтобы казаться нелогичной наукой.

Эдвин Хаббл (слева) и Джеймс Джин за 100-дюймовым телескопом в Маунт- Вилсоне.

Генриетта Ливитт, открывательница отношения периода и светимости цефеид.

100-дюймовый телескоп в Маунт- Вилсоне, с помощью которого Хаббл совершил свои великие открытия.