Глава 7 три тайны хх века
7.1. Первая тайна:
Почему Млечный путь движется с такой огромной скоростью – 500 км/с?
Одна из основных задач астрономии – определение величины постоянной Хаббла с высокой степенью точности. Для этого нужно измерить скорость, с которой галактика удаляется от нас (по доплеровскому смещению спектральных линий) и поделить величину этой скорости на расстояние до неё. Однако скорость любой галактики определяется не только скоростью расширения Вселенной, но и её взаимодействием с соседними галактиками. Поэтому скорость V галактики можно представить в виде следующей суммы:
V = VH + Vp (7.1)
Здесь VH – хаббловская скорость удаления галактики, такую скорость она имела бы в том случае, если бы не взаимодействовала с окружающими её массами; Vp – пекулярная, то есть особенная, или местная, скорость галактики, эту скорость она могла получить в результате взаимодействия с окружающими её массами.
Кроме того, по доплеровскому смещению спектральных линий мы можем определить только скорость, с которой галактика удаляется от нас. Но ведь мы тоже как-то движемся в пространстве. Скорость движения Земли вокруг Солнца (30 км/с) и скорость движения Солнечной системы вокруг галактического центра ( 200 км/с) учесть нетрудно. А с какой скоростью движется наша Галактика? Наблюдая за движением ближайших галактик, можно оценить, как движется наша Галактика относительно центра масс Местной группы галактик. Но ведь возможно, что и Местная группа галактик тоже движется в пространстве. Можно ли определить эту скорость?
До 70-х годов двадцатого века астрономы были уверены в том, что пекулярные скорости галактик существенно меньше хаббловских скоростей. Американский астроном Алан Сендидж из обсерватории Маунт-Вилсон смог вполне убедительно доказать, что типичные пекулярные скорости составляют менее 100 км/с [57]. В противном случае, если пекулярные скорости превышали бы 100 км/с и были бы направлены случайным образом в разные стороны, то многие ближайшие к нам галактики имели бы не красные, а синие смещения в своих спектрах. Но этого не наблюдается. Практически все галактики (за исключением туманности Андромеды) имеют красные смещения.
Также существуют и теоретические доводы в пользу небольших пекулярных скоростей. Согласно современной космологии на ранних этапах расширения Вселенной материя была распределена в пространстве достаточно равномерно. Такой вывод делается на основании высокой изотропии реликтового излучения. Поэтому галактики могли приобрести пекулярные скорости только в результате гравитационного взаимодействия с соседними галактиками. Таким образом, галактика может иметь высокую пекулярную скорость только в том случае, если она находится в поле тяготения какой-нибудь огромной массы, например, вблизи гигантской галактики или внутри большого скопления галактик. А сами скопления галактик, соответственно, не могут иметь больших пекулярных скоростей.
В 1975 году Вера Рубан и Кент Форд из института Карнеги в Вашингтоне решили определить пекулярную скорость нашей Галактики. Для этого они использовали особый класс гигантских спиральных галактик, абсолютная светимость которых практически одинакова. В. Рубан и К. Форд выбирали галактики этого класса, видимая светимость которых была одинакова. Это означало, что выбранные галактики находятся практически на одинаковом расстоянии от Земли. Затем измерялись красные смещения этих галактик. После этого В. Рубан и К. Форд выбирали галактики того же класса, но другой светимости и измеряли у них красные смещения.
Идея метода была проста. Если пекулярная скорость Млечного Пути равна нулю, то красное смещение галактик, находящихся на одинаковом расстоянии от него, должно быть, в среднем, одинаковым, независимо от направления. Если же Млечный путь имеет высокую пекулярную скорость, то красные смещения галактик в направлении этой скорости должны быть несколько меньше, чем в противоположном направлении.
После того как Рубан и Форд статистически обработали полученные данные, они пришли к сенсационному выводу: Млечный Путь движется со скоростью примерно 500 км/с относительно системы координат, связанной с далёкими галактиками!
Рис. 25. Систематически исследуя красные смещения галактик, находящихся на одинаковых расстояниях от Млечного Пути, Вера Рубан и Кент Форд пришли к сенсационному выводу. Красное смещение галактик в направлении созвездия Рыб, в среднем, существенно меньше, чем в противоположном направлении. И этот результат можно объяснить, только предположив, что Млечный Путь движется в этом направлении с огромной скоростью – 500 км/с [57,с.15]. При определении этой скорости, естественно, была учтена скорость Солнечной системы вокруг галактического центра.
Для большинства астрономов этот вывод был настолько ошеломляющим, что они отказались в него поверить. Им было проще принять, что в измерениях Рубан и Форд содержится какая-то систематическая ошибка. Ну не может Млечный Путь двигаться с такой скоростью! Во-первых, потому что практически все галактики имеют только красные смещения и, следовательно, их пекулярные скорости не могут превышать 100 км/с. А во-вторых, высокую пекулярную скорость Млечный Путь мог получить только в результате гравитационного притяжения какой-то огромной массы, но никакой такой огромной массы в ближайших окрестностях Млечного Пути нет.
Тем не менее, в измерениях, проделанных Рубан и Форд, никакой систематической ошибки обнаружено не было.