Расстояния до галактик. Закон Хаббла

Расстояния до ближайших галактик определяется по оценкам видимых звездных величин цефеид. Для долгопериодических цефеид установлена зависимость «период колебаний - светимость». С помощью этой зависимости определяют абсолютную звездную величину по длительности колебаний блеска: чем короче период колебаний блеска, тем цефеида слабее по абсолютной звездной величине. Расстояние \(r\) вычисляется по формуле: \[\lg r = 0,2(m - M) + 1,\] где \(m\) и \(M\) - видимая и абсолютная звездные величины.

Для галактик, где не обнаружены цефеиды или их невозможно увидеть, в качестве индикаторов расстояний используют ярчайшие звезды - сверхгиганты, новые и сверхновые звезды, шаровые звездные скопления. Расстояния определяют также по формуле \(\lg r = 0,2(m - M) + 1\). Видимую звездную величину оценивают из наблюдений, а абсолютную - считают известной (средней) для данного класса объектов. Например, сверхновые звезды, как это следует из наблюдений, имеют примерно одинаковую абсолютную величину в максимуме блеска.

Расстояния до далеких галактик определяют также по их угловым размерам или по видимой звездной величине, а до очень далеких галактик - исключительно по величине красного смещения в их спектре. Красное смещение (\(z\)) обычно измеряется относительным изменением длины волны спектральных линий: \[z = \frac{λ - λ_{0}}{λ_{0}}.\]

Еще в 1912-1914 гг. американский астроном Весто Слайфер обнаружил, что линии в спектрах далеких галактик смещены относительно их нормального положения в сторону красного конца спектра. Это означало, что галактики удаляются от нас со скоростями в сотни километров в секунду. Позже Э. Хаббл определил расстояния до некоторых галактик и их скорости. Из наблюдений следовало, что, чем дальше от нас находится галактика, тем с большей скоростью она удаляется. Закон, по которому скорость удаления галактики пропорциональна расстоянию до нее, получил название закона Хаббла. Закон Хаббла можно сформулировать таким образом: относительное увеличение длин волн линий в спектрах галактик пропорционально расстоянию \(r\) до них, т. е. \[r ∼ \frac{λ - λ_{0}}{λ_{0}}.\]

Предполагая, что явление красного смещения обусловлено движением галактик со скоростью \(v_{r}\) по лучу зрения в направлении от наблюдателя, можем найти лучевую скорость галактики по измеренному относительному смещению длины волны спектральных линий: \[v_{r} = \frac{c(λ - λ_{0})}{λ_{0}}.\]

С учетом закона Хаббла зависимость \(v_{r} = \frac{c(λ - λ_{0})}{λ_{0}}\) можно записать в виде: \[v_{r} = Hr,\] где \(H\) - коэффициент пропорциональности, называемый постоянной Хаббла. Коэффициент Хаббла показывает, на сколько километров в секунду возрастает скорость галактик с увеличением расстояния до них на 1 Мпк. Значение \(H\) постоянно уточняется, по различным оценкам оно заключено в пределах от 50 до 80 км/(с · Мпк). При расчетах чаще всего принимают \(H\) = 75 км/(с · Мпк).

Необходимо отметить, что закон Хаббла выполняется только для далеких галактик, расстояние до которых превышает 5-10 Мпк.

Читать далее