БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ВС)
Поскольку в иерархии изученных космических систем самое высшее положение занимает Метагалактика, то, говоря о наиболее общих или наиболее крупномасштабных свойствах В., имеют в виду именно свойства и явления Метагалактики. К 70-м гг. 20 в. коллективным трудом астрономов разных стран установлены следующие важные свойства Метагалактики. 1) Галактики в ней не распределены равномерно: подавляющее большинство их сосредоточено в скоплениях и группах галактик. Наша Галактика входит в относительно бедную по числу членов Местную группу галактик. 2) Имеет место закон взаимного удаления галактик со скоростями, приблизительно пропорциональными их взаимным расстояниям (закон Хаббла). Так, галактики, находящиеся друг от друга на расстоянии в десять миллионов парсек, удаляются друг от друга со скоростями около 600 км/сек. Это расширение в соответствии с принципом Доплера вызывает наблюдаемое красное смещение спектральных линий в спектрах галактик. Всё это грандиозное явление часто называют расширением Вселенной. 3) В диапазоне миллиметровых радиоволн наша часть В. равномерно заполнена радиоизлучением, плотность которого соответствует излучению абсолютного чёрного тела с температурой ЗК. Это излучение называют реликтовым, так как предполагается, что оно представляет собой остаток излучательных процессов, имевших место в очень отдалённую прошлую эпоху, связанную с началом существования Метагалактики, Указанные три факта лежат в основе многочисленных современных космологических схем. Однако несомненно, будущая космология, наряду с этими основными фактами, должна учитывать и много других, более тонких явлений и обстоятельств.
Структурные особенности Вселенной. До середины 20 в. было принято считать, что подавляющая часть вещества доступной для наших наблюдений части В. сосредоточена в звёздах и только небольшая его доля составляет межзвёздное вещество, планеты, кометы. Однако после установления роли ядер галактик как активных центров галактик и открытия квазаров стало ясно, что во В. существуют тела с массами, превышающими звёздные массы по меньшей мере в миллионы раз и более. Трудно оценить суммарную массу этих звёздообразных тел в единице объёма и сравнить её с массой звёзд. Тем не менее нет сомнений, что эти массы играют огромную роль в процессе развития В. Известно, что квазары наиболее высоких светимостей являются по меньшей мере в сотни раз более мощными генераторами лучистой энергии, чем совокупность звёзд самых массивных отдельных галактик. Существенно, однако, что звёзды вместе с межзвёздным веществом и разными мелкими телами образуют звёздные системы, наблюдаемые нами в виде галактик. Утверждение, согласно которому подавляющая часть вещества В. сосредоточена в галактиках, является, по-видимому, довольно точным описанием реальной картины, особенно если принять во внимание, что квазары можно считать предельным случаем галактик с очень яркими ядрами и относительно бедным звёздным населением и что нам известны уже многие объекты, которые по своим свойствам являются промежуточными между квазарами и галактиками классических типов.
Однако галактики являются далеко не самыми крупными структурными единицами наблюдаемой В. Они сосредоточены в скоплениях и группах галактик; изолированные галактики встречаются редко. Тенденция галактик к скучиванию является одним из важнейших структурных свойств В. Ряд исследований позволяет полагать, что существуют системы более высокого порядка, чем скопления и группы галактик: скопления скоплений или сверхскопления галактик. Согласно этим исследованиям, Местная система галактик (включающая нашу Галактику) вместе с обильным галактическим скоплением в созвездии Девы и некоторыми более близкими группами входит в одно из таких сверхскоплений. Изучение сверхскоплений галактик сильно затруднено вследствие того, что отдельные сверхскопления проектируются на небе друг на друга и разделение их часто не может быть выполнено с достаточной чёткостью. Тем более трудно ответить на вопрос о существовании системы ещё более высокого порядка, чем сверхскопления. Нет оснований утверждать, что сверхскопления распределены во В. равномерно, тем более что наблюдательные данные всегда свидетельствовали о существовании неоднородностей всё больших и больших масштабов. Неоднородность и тенденция к скучиванию являются очень характерными чертами доступной исследованиям части В.
Звёзды и межзвёздное вещество состоят из ионизованных газов; это позволяет сделать заключение, что основной физической формой вещества во В. является не твёрдое тело, не жидкость, не нейтральный газ, а плазма, состоящая из ионов и электронов. Однако открытие пульсаров дало первые наблюдательные свидетельства в пользу существования сверхплотных тел, состоящих в основном из вырожденного барионного газа.
Красное смещение. Закон Хаббла, утверждающий пропорциональность красного смещения спектральных линий (а следовательно, и скоростей удаления внегалактических объектов) расстояниям до них, справедлив лишь для скоростей, малых по сравнению со скоростью света. Внегалактические объекты, удалённые на расстояния более двух миллиардов парсек, также обнаруживают скорости удаления, продолжающие возрастать с увеличением расстояний, но закон простой пропорциональности уже нарушается. Скорости удаления по лучу зрения самых отдалённых галактик, для которых на основе принципа Доплера определены лучевые скорости, близки к половине скорости света. Благодаря большой светимости, квазары могут относительно легко наблюдаться на расстояниях, превосходящих 2 млрд. парсек. Уже зарегистрированы квазизвёздные объекты, у которых смещение линий к красному концу настолько велико, что длины волн их излучения увеличены по сравнению с лабораторными значениями в три и даже почти в четыре раза. Все попытки объяснить красное смещение в спектрах галактик недоплеровскими причинами остались безрезультатными. В настоящее время (70-е гг. 20 в.) аналогичные попытки предпринимаются в отношении красного смещения в спектрах квазаров. Однако анализ полученных результатов показывает, что и эти попытки являются безнадёжными. Более того, тот факт, что красное смещение равно наблюдается у галактик, квазаров и у объектов промежуточных типов (например, N-галактик), убеждает в том, что красное смещение представляет собой проявление крупномасштабных геометрических и кинематических свойств пространства — времени, мало зависящих от физических свойств самих излучающих объектов и в известной степени независимых и от эволюции этих объектов.
Таким образом, наблюдения подтверждают общие основы истолкования красного смещения, которое даётся релятивистской космологией. Однако вопрос о конкретных релятивистских моделях Метагалактики остаётся пока ещё предметом дискуссий.
Возрастные характеристики Вселенной. Открытие многообразных процессов эволюции в различных системах и телах, составляющих В., позволило изучить закономерности космической эволюции на основе наблюдательных данных и теоретических расчётов. В качестве одной из важнейших задач рассматривается определение возраста космических объектов и их систем. Поскольку в большинстве случаев трудно решить, что нужно понимать под «моментом рождения» тела или системы, то, устанавливая возрастные характеристики, имеют в виду две, вообще говоря, различные количественные оценки: 1) время, в течение которого система уже находится в наблюдаемом состоянии (или в состояниях, близких к наблюдаемому в настоящую эпоху); 2) полное время жизни данной системы от момента её появления до разрушения. Очевидно, что эта вторая характеристика, как правило, может быть получена только на основе теоретических расчётов. Обычно первую из указанных величин называют возрастом, а вторую — временем жизни.
Факт взаимного удаления галактик, составляющих Метагалактику, свидетельствует о том, что некоторое время тому назад она находилась в качественно ином состоянии и была более плотной. Наиболее вероятное значение постоянной Хаббла (коэффициента пропорциональности в зависимости, связывающей скорости удаления внегалактических объектов и расстояния до них), составляющее 60 км/(сек·мегапарсек), приводит к значению времени расширения Метагалактики до современного состояния, равному примерно 17 млрд. лет. Такова оценка возраста наиболее крупной системы. Представляется очень естественным, что возраст галактик и отдельных звёзд меньше этой цифры.
Наличие неоднородностей в составе многих галактик свидетельствует о том, что они, несмотря на эффект дифференциального вращения, не достигли полного перемешивания звёзд. Это означает, что каждая галактика совершила не более нескольких десятков оборотов вокруг своей оси. Время одного оборота нашей Галактики вокруг своей оси составляет около 200 млн. лет, у других галактик времена оборота имеют примерно ту же величину. Таким образом, средний возраст галактик оценивается в 10 млрд. лет. Это не означает, конечно, что отдельные галактики или даже группы галактик не могут быть гораздо моложе. Но, вероятно, нет галактик, возраст которых существенно превышает 20 млрд. лет.
