Общая структура наблюдаемой Вселенной - Наука о метагалактике
Возрождение иерархической концепции Вселенной (Шарлье), создание первой за всю историю знаний строгой математической космологической теории - обобщенной теории тяготения (Эйнштейн), прогресс наблюдательной астрономии, именно - астрофотографии, приведшей к открытию новых сотен и тысяч млечных туманностей, в большинстве спиральных, и, наконец, установление их внегалактической природы (Хаббл, 1924) - все это вновь привлекло внимание астрономов к проблеме строения, структуры Вселенной в целом. Наблюдательное решение проблемы виделось в изучении распределения галактик. В 20-30-е годы XX в. этим занимаются и крупные астрономы (Б. Лундмарк с учениками А. Рейцем и Э. Холмбергом, Э. Хаббл, М. Хьюмасон, В. де Ситтер, X. Шепли) и опытные наблюдатели-любители (Дж. Рейнолдс). На первых порах результаты оказываются диаметрально противоположными: попытки глобального обзора гершелевьм методом черпков (теперь уже не звезд, а туманностей), предпринятые Хабблом в 20-е годы, показали в целом равномерное их распределение и, следовательно, бесструктурность, однородность Вселенной. Но в те же годы Дж. X. Рейнолдс вновь выявил таинственный пласт туманностей, перпендикулярный Млечному Пути. Однако обнаруживался этот пласт более четко лишь по ярким туманностям-галактикам. Переход и других астрономов (упомянутых выше) к такому дифференциальному изучению распределения галактик привел к иной, по сравнению с первыми результатами, картине. Оказалось, что и мир галактик, подобно миру звезд, имеет свою крупномасштабную структуру. Галактики обнаруживали тенденцию к скучиванию. Они образовывали и небольшие скопления (вроде нашей Местной группы) и колоссальные "метагалактические" системы-скопления. Установить это удалось по изучению распределения галактик ярче 14-й зв. величины. Первое такое сверхскопление галактик было обнаружено к 1953 г. Ж. де Вокулером на основании изучения каталога ярких (ярче 14-й зв. величины) галактик, составленного X. Шепли и А. Эймз. Экваториальная область этой сверхсистемы в точности совпала с "пластом Волос Вероники", открытым В. Гершелем. Вокулер только и наблюдал эту полосу резко повышенной видимой плотности распределения галактик по небу. Дальше шла интерпретация явления. Оно было объяснено им в рамках иерархической концепции Вселенной: как экваториальная часть сильно уплощенной сверхсистемы, возможно, даже вращающейся, т. е. как Сверхгалактика. И хотя сам Вокулер назвал ее Местным (Локальным) сверхскоплением, в астрономическую картину мира в 50-е годы она вошла сначала как сверхгалактика Вокулера. Господство иерархических представлений сказывалось и в идеях, выдвигавшихся в первой половине XX в. другими крупными астрономами.
Так, американский астроном Ф. Цвикки (1898-1974) еще в 1938 г. высказал мысль, что вся наша Местная группа галактик является членом некоторой более крупной системы галактик. Вокулер в 1956 г. также писал, что "большинство, если не все галактики мыслятся как принадлежащие к большому числу сверхсистем (концентрируясь к ним или расходясь от них), правильных скоплений или неправильной формы облаков, начиная от маленьких плотных групп... до огромных объединений туманностей в несколько мегапарсеков в поперечнике..." Поперечник Местного сверхскопления он оценил в 30-40 Мпс, а расстояние от нас его центральной части - огромного скопления галактик в созвездии Девы в 10-13 Мпс (по современным данным - около 20 Мпс). Идея скучивания галактик в скопления и сверхскопления была убедительно доказана в 60-70-е годы, когда были составлены обширные каталоги тысяч обнаруженных скоплений галактик (каталоги Дж. Эйбелла, США, И. Д. Караченцева, СССР, Т. Кианга, Ирландия и др.). К настоящему времени выявлено и несколько сверхскоплений типа Местного и даже больших размеров: в Волосах Вероники (около 100 Мпс длиной), в Геркулесе, в Персее (около 80 Мпс). Тенденцию к скапливанию показали и радиогалактики. Таким образом, эта идея, выдвинутая впервые в конце XVIII в. В. Гершелем, в наши дни перешла из области картины мира в ранг достоверных научных знаний. Вместе с тем уже на уровне скоплений галактик современная картина структурности Вселенной оказывается весьма далекой от классических представлений Канта - Ламберта: скопления не имеют правильной уплощенной формы "сверхгалактик", не вращаются; экстраполяция на "всю Вселенную" образца Солнечной системы показала свою неправомерность, несостоятельность. Скопления галактик напоминают скорее "рои мошек". Вместе с тем, по современным представлениям, они могут быть завершающим этапом формирования иерархической структуры в Космосе: допускается, что галактики объединяются в скопления под действием гравитации так же, как сами галактики являются результатом гравитационных взаимодействий звезд и отдельных звездных скоплений. Для скоплений галактик еще выполняется и характерное для иерархической структуры соотношение между расстояниями и размерами систем: первые значительно превышают вторые.
Совершенно новые черты крупномасштабной структурности Вселенной стали обнаруживаться при изучении сверхскоплепий галактик. Уже открытие первого из них - Местного сверхскопления Вокулера (которое справедливо было бы называть сверхскоплением Гершеля - Вокулера) показало нарушение иерархического принципа, на котором была основана концепция Шарлье. При размерах такой сверхсистемы в десятки мегапарсеков (пли в сотни миллионов световых лет) расстояния между ними в доступном наблюдению объеме Вселенной (поперечником в миллиарды световых лет) оказывались сравнимыми с их размерами (и средняя плотность вещества во Вселенной уже не равнялась нулю). В связи с этим Ф. Цвикки первым высказал идею, что крупномасштабная структура Вселенной может быть схожа с мыльной водой или пеной, где сверхскопления занимают место пузырей пены. В середине 70-х годов XX в. изучение американскими астрономами (В. Тиффт, С. Грегори, Г. Кинкарини) пространственного распределения галактик принесло новый сюрприз. Их распределение вдоль луча зрения (что определяется по красным смещениям) оказалось "слоистым": сравнительно тонкие участки, заполненные галактиками и их скоплениями, перемежаются с огромными, до 40 Мпс в поперечнике, "пустотами", лишенными если не вещества вообще, то, во всяком случае, достаточно ярких галактик. Картина, нарисованная некогда Цвикки, подтверждалась как бы в зеркальном отображении: галактики и их скопления оказывались сосредоточенными не в "пузырях" пены, а, напротив, в тонких перегородках ее! Таким образом, сверхскопления галактик представлялись удивительно тонкими, почти двумерными образованиями. Более того, как показали впервые в те же годы советские астрономы М. Йыэвээр и Я. Эйнасто, многие сверхскопления могут иметь форму пространственно-тонких и длинных цепей, или волокон (которые в дальнейшем получили английское наименование "филаменты"). Такое филаментарное сверхскопление они открыли в созвездии Персея, опять же по ярким галактикам 12-14,5 звездных величин. На пересечении подобных волокон находятся наиболее богатые из известных сверхскопления галактик. Так, в последнее десятилетие (конец 70-х - начало 80-х гг.) стала формироваться картина крупномасштабной структуры Вселенной: ячеисто-филаментарной. Стенки и узлы объемных ячеек или, скорее, пересечения двух стенок (ребра) и трех стенок (узлы) и видны нам как сверхскопленпя галактик. Сверхскопления - это качественно новая форма неоднородности распределения вещества в наблюдаемой Вселенной. Помимо огромных размеров и клочковатой структуры, они отличаются еще и явно неравновесным состоянием. Последнее означает, что движения их членов в собственном поле тяготения сверхскопления еще не успели согласоваться с этим полем, что сделало бы их правильными, а всю совокупность устойчивым образованием. Такое упорядочение ("перемешивание") может произойти за время, необходимое для того, чтобы каждый отдельный член совокупности в процессе перемешивания мог несколько раз пересечь ее поперечник. Для сверхскоплений же время одного такого пересечения оказывается уже сравнимым с возрастом Вселенной! Поэтому они не могут находиться в настоящий момент в состоянии устойчивой системы.
Чрезвычайно ценным следствием этого для понимания истории Вселенной является то, что сверхскоплення должны хранить следы процесса самого возникновения крупномасштабной структуры Вселенной. Такая структура, по современным представлениям, стала формироваться на ранних этапах расширения Вселенной. Причиной ее могли быть случайные перепады (флуктуации) плотности вещества на той ранней стадии Вселенной, когда при остывании первичного "вещества" ее элементарные частицы только что объединились в нейтральные атомы и освободились от непрерывного взаимодействия (обмена энергией) с излучением. Вселенная стала прозрачной для излучения, и в дальнейшей эволюции вещества основную роль играли гравитация и гравитационная неустойчивость. При возникновении достаточно крупных флуктуации плотности в среде случайные сгущения под действием собственного тяготения начнут уплотняться далее, стягивая на себя окружающую материю. Из-за малой вероятности полной симметрии процесса, уплотнение пойдет преимущественно в одном направлении и возникнет тонкое образование вроде "блина" - заготовка будущего сверхскопления. "Блин" разбивается сначала на мелкие уплотнения - звезды, которые лишь затем формируют системы разных порядков сложности, вплоть до скоплений галактик. Все вместе в пределах "блина" они и образуют сверхскопление. Случайное направление "блинов" приводит к их пересечению во время формирования и возникновению объемной ячеистой сетки. В вершинах - местах пересечения стенок ячеек должны возникнуть наиболее богатые сверхскопления. Это и показывают наблюдения. Механизм образования крупномасштабной структуры представляется в виде коллапса - стремительного уплотнения - в направлении некоторых поверхностей. К такой теории возникновения крупномасштабной структуры наблюдаемой Вселенной, авторами которой является группа московских космологов, возглавляемая академиком Я. Б. Зельдовичем, склоняется большинство космологов.
Вместе с тем современная релятивистская космология, основанная на общей теории относительности Эйнштейна и ее первых космологических следствиях - моделях нестационарной Вселенной А. А. Фридмана, утверждает однородность и изотропность Вселенной в достаточно больших масштабах (это получило наименование "космологического принципа Милна"). По современным наблюдательным данным структурность проявляется во Вселенной для масштабов пространства до 100 Мпс. При этом для масштабов существенно меньших - не более 1 Мпс, иначе, до масштабов галактик и их кратных систем, проявляется иерархия в структурности. Для масштабов больших, чем 100 Мпс, Вселенная действительно, по-видимому, однородна, о чем свидетельствует наблюдаемое постоянство средней плотности вещества для этих масштабов, равно как и изотропность фонового реликтового радиоизлучения.
Похожие статьи
-
Метагалактика - Наука о метагалактике
С конца XVIII в. в астрономическую картину мира вошли понятия "островная Вселенная" и "мир туманностей" как далеких "млечных путей". Тогда же наметились...
-
Мир галактик. Сверхскопления и пустоты в крупномасштабной структуре Вселенной
Одной из самых загадочных на сегодняшний день наук является астрономия. В ней, как ни в какой другой столько вопросов, на которые мы не можем, но...
-
Вселенная бесконечна во времени и пространстве. Каждая частичка вселенной имеет свое начало и конец, как во времени, так и в пространстве, но вся...
-
Структура Вселенной - Происхождение Вселенной
Вселенной на самых разных уровнях, от условно элементарных частиц и до гигантских сверхскоплений галактик, присуща структурность. Современная структура...
-
Эволюция Вселенной, Галактики и структура Вселенной - Вселенная
Процесс эволюции Вселенной происходит очень медленно. Ведь Вселенная во много раз старше астрономии и вообще человеческой культуры. Зарождение и эволюция...
-
Вступление, Структура вселенной - Возникновение, существование и конец Вселенной
С того времени, когда Галилей впервые с помощью телескопа исследовал Млечный Путь, мы знаем, что он состоит из звезд, а Солнце представляет собой лишь...
-
Современная структура Вселенной является результатом космической эволюции, в ходе которой из протога-лактик образовались галактики, из протозвезд --...
-
Общие принципы астрономии - Прошлое и будущее Вселенной
Звезды изучает астрономия (от греч. "астрон" - звезда и "номос" - закон) - наука о строении и развитии космических тел и систем. Эта классическая наука в...
-
Современная наука о происхождении Вселенной - Гипотеза происхождения Вселенной
На нынешней стадии развития физической космологии на передний план выдвинулась задача создания тепловой истории Вселенной, в особенности сценария...
-
Структура Вселенной - Вселенная: ее эволюция и строение
С возникновением атомов водорода начинается звездная эра, а точнее говоря, эра протонов и электронов. Вселенная вступает в звездную эру в форме...
-
Галактика, Наша ближайшая галактическая соседка. Метагалактика - Галактика и Вселенная
Наша ближайшая галактическая соседка. Метагалактика Человек шаг за шагом познает окружающий его мир. С тех пор как люди научились строить различные...
-
Тысячелетиями пытливое человечество обращало свои взгляды на окружающий мир, стремилось постигнуть его, вырваться за пределы микромира в макромир....
-
Введение, Темная Материя во Вселенной - Поиски Темной материи
Мы стоим на пороге открытия, способного изменить суть наших представлений о Мире. Речь идет о природе темной материи. Из анализа многих экспериментальных...
-
Общие динамические свойства живых систем, Роль света в поддержании жизни - Поиск жизни во Вселенной
В качестве исходных представлений при интерпретации экзобиологических экспериментов необходимо принимать во внимание динамические свойства живых систем....
-
Структура астрономії як наукової дисципліни - Астрономія як наука
Сучасна астрономія підрозділяється на ряд окремих розділів, які тісно пов'язані між собою, і таке розділення астрономії у відомому сенсі умовне....
-
Метагалактика - Звездные системы галактики
Понятие " Метагалактика " не является вполне ясным. Оно сформировалось на основании аналогии со звездами. Наблюдения показывают, что галактики, подобно...
-
Расширение - Возникновение, существование и конец Вселенной
Вселенная большой взрыв Звездное небо над головой долгое время было для человека символом вечности и неизменности. Лишь в Новое время люди осознали, что...
-
История Вселенной согласно стандартной модели Большого взрыва - Происхождение Вселенной
В нулевой момент времени Вселенная возникла из сингулярности. В течение первой миллионной доли секунды, когда температура значительно превышала 1012 К, а...
-
Гипотеза большого взрыва - Основные характеристики Вселенной
Какой же была Вселенная в момент своего рождения? Этот вопрос имеет смысл, только если он относится к мгновению, следующему непосредственно за началом,...
-
Рассмотрение современных естественнонаучных концепций мы начнем с мегамира - той части окружающего мира, которую можно обнаружить, посмотрев ночью на...
-
Большой Взрыв - Открытие взрывающейся Вселенной
Какой же была Вселенная в момент своего рождения? Этот вопрос имеет смысл, только если он относится к мгновению, следующему непосредственно за началом,...
-
Метагалактики В одном из выступлений А. Энштейн сказал (в 1929 г.): "Если говорить честно, мы хотим не только узнать, как устроена, но и по возможности...
-
ФЕДЕРАЛЬНОЕ СОБРАНИЕ РФ: ПРАВОВОЙ СТАТУС И СТРУКТУРА - Структура парламентов: общее и особенное
По Конституции РФ 1993 года (статья 94), Федеральное собрание признается парламентом России. Согласно ч.1 ст. 95 Конституции Федеральное Собрание состоит...
-
Метагалактика - Изучение Вселенной
Метагалактика - это часть Вселенной, доступная изучению астрономическими средствами. Она состоит из сотни миллиардов галактик, каждая из которых...
-
Возраст - 4,5682±0,0006 млрд лет Расположение - Местное межзвездное облако, Местный пузырь, рукав Ориона, Млечный Путь, Местная группа галактик Масса -...
-
Структура солнечной системы, Общие сведения о планетах - Структура Солнечной системы
Задача №10. Оценить отношение моментов импульса, связанных с вращением Юпитера вокруг Солнца и Солнца вокруг своей оси (табличные данные см. в Приложении...
-
Образование вселенной - Вселенная: ее эволюция и строение
Современные астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что началом Вселенной, приблизительно десять миллиардов лет назад, был гигантский огненный...
-
Космологические модели Вселенной - Космологические модели Вселенной
Метагалактика космология параллактический вселенная Современная космология - это астрофизическая теория структуры и динамики изменения Метагалактики,...
-
Для эволюции живых организмов от простейших форм (вирусы, бактерии) к разумным существам необходимы огромные интервалы времени так как "движущей силой"...
-
Возникновение разума - Жизнь и разум во Вселенной
Жизнь на какой-нибудь планете должна проделать огромную эволюцию, прежде чем стать разумной. Движущая сила этой эволюции - способность организмов к...
-
Галамктика (др.-греч. ГблбоЯбт -- молочный, млечный) -- гигантская, гравитационно-связанная система из звезд и звездных скоплений, межзвездного газа и...
-
Введение - Происхождение Вселенной. Теория Большого взрыва
Исследованием Вселенной стал заниматься еще самый древний Человек. Небо было доступно для его обозрения - оно было для него интересным. Недаром...
-
Вероятность иной жизни во Вселенной - Проблема множественности разумных миров и изучение НЛО
Прежде всего, следует отметить, что вопрос о внеземных цивилизациях имеет свою научную постановку, которая существенно отличается от его трактовок...
-
Образование Вселенной - Происхождение Вселенной
Конечна или бесконечна Вселенная, какая у нее геометрия - эти и многие другие вопросы связаны с эволюцией Вселенной, в частности с наблюдаемым...
-
Темная энергия и судьба Вселенной - Релятивистская космология: прошлое и будущее нашей Вселенной
Решающие наблюдения начали в 1997 году две очень многочисленные группы исследователей под руководством Адама Райса, Брайана Шмидта и Сола Перлмуттера...
-
Процесс расширения Вселенной Оставляя в стороне спорный вопрос, касающийся образования галактик, посмотрим, что говорят современная теория и данные...
-
Образование Вселенной - Земля - планета Солнечной системы
Земля - одна из 9 планет Солнечной системы, а Солнце представляет собой самую рядовую звезду типа желтого карлика, находящуюся в Галактике Млечного Пути,...
-
Рождение сверхгалактик и скоплений галактик - Прошлое и будущее Вселенной
Во время эры излучения продолжалось стремительное расширение космической материи, состоящей из фотонов, среди которых встречались свободные протоны или...
-
Введение, Открытие взрывающейся Вселенной - Открытие взрывающейся Вселенной
С того времени, когда Галилей впервые с помощью телескопа исследовал Млечный Путь, мы знаем, что он состоит из звезд, а Солнце представляет собой лишь...
-
Звездная астрономия, Космогония - Структура астрономии как научной дисциплины
Изучение звезд и звездной эволюции имеет фундаментальное значение для нашего понимания Вселенной. Астрофизика звезд развивалась на основе наблюдений и...
Общая структура наблюдаемой Вселенной - Наука о метагалактике