ПОЗАГАЛАКТИЧНА АСТРОНОМІЯ - ЮРІЙ КУДРЯ 2016

ВСТУП

З ІСТОРІЇ СТАНОВЛЕННЯ ПОЗАГАЛАКТИЧНОЇ АСТРОНОМІЇ

0.4. Аргументи «за» та «проти» острівних систем

У кінці XIX ст. застосування фотографії дало змогу виявляти різницю між туманностями. Із фотографій Кіл ера побачили, що туманностей набагато більше ніж вважалося. За його оцінками, в області досяжності 36-дюймового рефлектора Лікської обсерваторії знаходиться 120 тис. туманностей, більшість з них — спіральні. Результатами досліджень спіралей нібито підтверджувалися невеликі їхні розміри та розташування в межах Молочного Шляху або десь не дуже далеко від нього.

На початку XX ст. більшість вчених вважали, що спіральні туманності знаходяться за межами нашої Галактики, проте прямих доказів цьому ще не було. Досить таки невизначеними лишалися розміри Галактики та відстані до спіралей. Маятник аргументації pro et contra позагалактичної природи спіралей розгойдувався все сильніше. Невдовзі аргументи почали з’являтися, але були і контраргументи. Нині деякі з них здаються наївними та необгрунтованими, але на той час за браком точних даних сприймалися дуже серйозно. Нижче наведено деякі з таких аргументів і контраргументів.

У 1899 році Шейнер знайшов подібність між спектрами М 31 та Сонця. З цього він зробив висновок, що М 31, можливо, є системою зір, подібною до Молочного Шляху. Ядро М 31 може бути аналогом зір, що оточують Сонце (вважалося, що Сонце знаходиться в центрі Галактики — знову прояв егоцентризму), спіральні гілки М 31 — аналог Молочного Шляху.

Проте В.М. Слайфер виявив, що туманність у Плеядах відбиває світло. На цій підставі він зробив висновок, що і М 31 може складатися з клаптикуватої та розрідженої матерії, яка світиться відбитим світлом центральної зорі.

За допомогою тогочасних інструментів отримували знімки спіралей зі згущеннями, які, як ми знаємо, були неякісними розмитими зображеннями зір. У 1910 році Дж. У. Річі, аналізуючи зображення за допомогою 60-дюймового телескопа Маунт-Уілсон, писав, що, можливо, ці згущення — зорі у процесі формування. Звідси випливає висновок про подібність спіралей до Галактики.

У 1920 році, ґрунтуючись на розподілі зір та їхніх світностей, американський астроном Ф.Г. Сірс розрахував поверхневу яскравість Молочного Шляху, вона виявилася набагато меншою за поверхневу яскравість спіралей. Це означало, що спіралі суттєво відрізняються від Молочного Шляху, тому або є туманностями (у прямому сенсі), або, якщо складаються із зір, то повинні мати більшу густину зір або їхні зорі яскравіші. Оскільки гіпотеза «острівних» систем містила тезу, що їхні розміри порівнянні з розміром Галактики, то імовірно, що спіралі — це газопилові туманності.

Британський аматор астрономії Дж. Рейнольдс виявив, що зовнішні частини спіралей більш блакитні, ніж центральні частини. Оскільки вважалося, що Галактика однорідна за зоряним складом, то звідси випливав висновок про відмінність спіралей від Галактики. Цим Рейнольдс ніби підтвердив «туманну природу» спіралей. В.Г.В. Бааде відкрив два типи населення Галактики, довівши тим самим його неоднорідність.

У 1907 році шведський астроном К. Болін виміряв річний паралакс М 31 (дорівнює 0,17"), що відповідає відстані 6 пк. Але К.Е. Лундмарк показав наявність систематичних похибок у його розрахунках. У 1911 році Ф.В. Вері визначив це значення як приблизно 1600 св. р. (500 пк), порівнюючи блиск нових зір (далі — нові) у М 31 та нової у Персеї. Як виявилося, у М 31 дійсно спалахує наднова, і оцінка Вері теж була помилковою, істотно заниженою, але спростовувала результат Боліна.

Найвагомішим аргументом на користь близькості спіралей вважалися вимірювання нідерландського астронома А. ван Маанена з обсерваторії Маунт-Уілсон, що стосувалися власних рухів деяких деталей, які він зміг розрізнити у ближніх туманностях. Протягом перших декількох років роботи 60-дюймового телескопа в Маунт-Уілсон Річі отримав найкращі фотографії туманностей. На його фотографіях спіралей конденсованого типу (типу М 33) видно багато зір у спіральних рукавах, за якими можна було виміряти власні рухи. У наступні роки знімки були отримані та досліджені ван Мааненом. У 1916 році після опрацювання накопичених за тривалий час спостережень він повідомив, що власні рухи у М 101 становлять 0",02 у рік і спрямовані приблизно по колу. Це можна було інтерпретувати або як обертання, або як потоки назовні вздовж спіральних рукавів. Якщо рух прийняти як обертання, то період обертання дорівнює 85 тис. років. Аналогічні вимірювання ван Маанен виконав і для інших галактик; отримані власні рухи також становлять декілька сотих кутової секунди у рік. Якщо прийняти «розумні» значення швидкостей в цих системах (хоча б накласти умову, що швидкість має бути меншою за швидкість світла), то вони виявилися близькими об’єктами. Так, за розрахунками, виконаними у 1923 році відстань до М 33 за ван Мааненом дорівнювала лише 2 кпк. Окрім того, тільки той факт, що власні рухи можна виміряти у спіралях, свідчив про те, що вони є близькими об’єктами. Аналогічні результати отримав С.К. Костинський у Пулківській обсерваторії.

Для перевірки цих важливих даних Лундмарк незалежно провів вимірювання М 33 більш ніж у 400 точках пластинок ван Маанена. Хоча вимірювання його та ван Маанена добре корелювали за напрямком і за відносними власними рухами, абсолютні значення останніх були у 10 разів меншими за отримані ван Мааненом. Тому він, а слідом Кертіс і Костинський дійшли висновку про фіктивність великих рухів у спіралях, їхню обумовленість інструментальними або фотографічними похибками. Лише у 1935 році після неспростовних доведень П. Габбла ван Маанен визнав помилковість своїх вимірювань.

У 1914 році Слайфер розрахував радіальну швидкість для М 31 — 300 км/с, а Вольф повідомив про перші спектрографічні вимірювання внутрішніх рухів у спіралях і знайшов швидкість обертання для М 81 — 100 км/с. У великомасштабному огляді руху спіралей Слайфер (1915) зауважив, що їхня середня швидкість у 25 разів перевищує середню швидкість зір, а також швидкість будь-якого іншого астрономічного об’єкта. Він також визначив великі внутрішні рухи: швидкість обертання для спіралі з ребра NGC 4594 становила 100 км/с на відстані 20" від ядра.

Ф.Г. Піз у 1915 році підтвердив наявність великих внутрішніх рухів у спіралях, вимірявши різницю у приблизно 200 км/с між радіальними швидкостями ядра М 33 та яскравої конденсації (NGC 604). Великі систематичні радіальні швидкості свідчать про те, що спіралі не можуть бути гравітаційно прив’язані до Молочного Шляху, а отже, не є його складовими. За відомими радіальними швидкостями для внутрішніх рухів, якщо їх можна поєднати з даними про власні рухи, можна визначити відстані до спіралей.

На початку XX ст. уточненням розмірів Галактики займався Шеплі. Він оцінював відстані до кулястих скупчень за методом найяскравіших зір. При цьому він не враховував поглинання світла в Галактиці і отримав дуже великі її розміри — до 100 кпк. Тому Шеплі на підставі даних, отриманих ван Мааненом, відстоював позицію, що спіралі знаходяться в межах Галактики. Водночас за розташуванням кулястих скупчень він правильно оцінював те, що Сонце знаходиться на периферії Галактики. Це суперечило більш поширеній думці про центральне положення Сонця, яка ґрунтувалася на підрахунках зір.

Перші свідчення про набагато більші відстані отримав Кертіс за даними про нові зорі. У 1917 році Річі вперше фотографічно на знімках, отриманих за допомогою 60- і 100-дюймових телескопів, виявив нові зорі у спіральних туманностях: дві нові у М 31, одну в NGC 6946 і ще одну в М 31, а також одну нову в NGC 4527 і дві у NGC 4321 (М 100). До перевірки того, чи є відкриті зорі періодичними змінними, був залучений відомий спеціаліст зі змінних зір Е.Ч. Пікерінг. Він перевірив колір відкритих зір та зробив висновок, що такий колір не може бути у довгоперіодичних змінних, чим підтвердив відкриття Кертіса.

У 1918 році Кертіс оцінив відстань за новими зорями до Андромеди як 150 кпк (сучасні дані — 770 кпк). Натхненні цими відкриттями, Річі та Кертіс перевірили велику колекцію пластинок обсерваторій Маунт-Уілсон і Лікської та знайшли декілька десятків нових, раніше не помічених, зокрема дві у М 31. Систематичним оглядом у наступні два роки вони одержали 14 додаткових нових у М 31, але жодної в інших спіралях. Це сформувало однорідну групу нових, які мали пікове значення видимої зоряної величини приблизно mpg = 17, що на 10 величин слабкіше за нову S (1885) у М 31, відкриту візуально астрономом Тартуської обсерваторії Е. Гартвігом. Нова S Андромеди була подібна до нових зір в інших спіралях, тобто її світність не перевищує світність материнської Галактики. До цього часу не було нагальної потреби у виборі типу нової у галактичних нових. Відкриття нових зір, по-перше, підтвердило зоряний склад спіральних туманностей, а по-друге, оцінюючи відстані за новими, було відкрито спіральні туманності, що знаходяться далеко за межами Галактики, навіть якщо їхні розміри були обчислені тоді помилково.

Кертіс став головним захисником теорії «острівних» систем, хоча його критикували інші астрономи, особливо Шеплі.

Інший видатний захисник концепції позагалактичного розташування спіралей на підставі даних про нові — Лундмарк. У 1919 році він запропонував оцінювати відстані до спіралей за їхніми кутовими розмірами. Аналізуючи визначення паралакса М 31 різними авторами, він розрахував його значення — π ≤ 0",0000057, що відповідає оцінці відстані r ≥ 175 кпк. У 1921 році Лундмарк за найяскравішими зорями, приймаючи для них абсолютне значення зоряної величини -6m, оцінив відстань до М 33 як 300 кпк. (Сучасне значення — 850 кпк, за порядком величини Лундмарк був близький до істини.)

Але повної довіри до даних про відстані за новими, а тим більше за кутовими розмірами спіралей, не було. Зауважимо, що в дійсності в спіралях поруч із новими спостерігалися і наднові зорі, навіть у більшій кількості (наприклад, Нова Гартвіга). Якби цей факт був врахований, то оцінки відстаней до спіральних галактик були б набагато більшими, оскільки в середньому абсолютна зоряна величина наднової зорі на 10 величин перевищує абсолютну зоряну величину нової. Своєчасно не було звернуто увагу на те, що є дані про спалахи наднових у 1664 та 1885 роках у Андромеді, а також відомості про наднові у деяких інших спіралях.






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.