Красное смещение галактик вызывается фоном ночного неба

Красное смещение галактик вызывается фоном ночного неба

Межгалактическая пустота не совсем пуста. Она заполнена газом (преимущественно водородом) с плотностью одна частица на один кубический метр. Газ разогрет до температуры 10⁷ ÷ 10⁸ °К. При такой температуре газ, естественно, ионизирован, так что в межгалактических пространствах носятся с огромной скоростью электроны и ядра атомов.

Но как ни велика скорость частиц, однажды они влетают в область, где гравитационное притяжение галактики их захватывает и с этого начинается их полёт к центру галактики, называемый аккрецией межгалактического газа. Расстояние, с которого начинается аккреция, назывантся радиусом аккреции. Величина радиуса аккреции зависит только от массы галактики и не зависит ни от формы, ни от структуры галактики. Для стандартной спиральной галактики радиус аккреции приблизительно в полтора раза больше радиуса галактики.

На пути от начала аккреции до края галактики изначально присущее межгалактическому газу тепло излучается, электроны и ионы объединяются в нейтральные атомы. При дальнейшей аккреции к центру галактики газ уплотняется и медленно нагревается от нескольких десятков градусов на краю галактики до нескольких сот градусов в глубоких слоях галактики. Но такой температуры недостаточно для ионизации газа и в дальнейшем газ аккрецирует уже как электронейтральный.

Однако при аккреции всё же происходят кратковременные ионизации атомов при столкновениях аккрецирующих атомов с частицами межзвездного газа, а также при их столкновениях между собой. Образовавшиеся ионы и электроны вскоре вновь объединяются в нейтральные атомы. Этот непрерывно идущий процесс называется рекомбинацией и сопровождается излучением. Чем ближе к центру галактики, тем больше скорость и плотность аккрецирующего газа и тем мощнее рекомбинационное излучение. В глубоких слоях галактики скорость аккреции может достигать релятивистских значений, а излучение из единицы объёма для аккрецирующего газа может на несколько порядков превышать излучение звёзд.

Замечание. Описанная выше картина не есть просто свободный полёт фантазии. Она подкреплена расчётами. Аккреция может стать причиной нередко наблюдаемой повышенной активности ядерной области галактики. Степень активности ядерной области должна зависеть от массы и структуры галактики и, по-видимому, в особенно большой степени от конфигурации магнитного поля галактики. Возможно, что такое явление как джеты, также определяется сочетанием следующих факторов: масса, структура галактики, сильное магнитное поле квадрупольной конфигурации, аккреция межгалактического газа.

Само по себе явление аккреции вызвать красное смещение излучения галактики не может. Красное смещение излучения галактики вызывается сочетанием аккреции межгалактического газа и влияния фона ночного неба (http://www.astronet.ru/db/msg/1169511/node7.html): "…галактики наблюдаются на фоне ночного неба, излучение которого дает заметный вклад в распределение яркости изучаемых объектов (особенно в их слабых периферийных областях). Основной вклад в яркость безлунного ночного неба дают следующие составляющие:

С середины прошлого века в астрономии стал применяться фотографический метод регистрации излучения. В настоящее время он занимает ведущее место в оптических методах астрономии. Длительные экспозиции на высокочувствительных пластинках позволяют получать фотографии очень слабых объектов в том числе таких, которые практически недоступны для визуальных наблюдений. В отличие от глаза, фотографическая эмульсия способна к длительному накоплению светового эффекта."

Фон неба при фотометрии приводит к сильному искажению периферийных областей галактик. Можно легко получить усеченные распределения яркости. Иными словами, периферийные области далёких галактик на фотографии попросту не фиксируются. Причем, чем дальше от нас галактика, тем большая часть её периферии на фотографии отсутствует. Особенно велика отрицательная роль статистических флуктуаций фона ночного неба. Флуктуации фона ночного неба обусловлены в основном тем, что свечение атмосферы изменяется в среднем каждые 2-3 минуты на величину порядка 2%. Кроме того галактическая и внегалактическая составляющие фона могут давать мощные кратковременные световые вспышки, превышающие иногда интенсивность фона в 70 раз. Наблюдения из космоса не могут сильно улучшить ситуацию, поскольку в этом случае из четырёх составляющих фона исключается только первая - свечение верхних слоев атмосферы.

На рис.1 схематически показано влияние фона ночного неба на фотографию далёкой галактики: серая область - это скрытая фоном периферийная часть, светлый кружок - зафиксированная на фотографии центральная часть галактики. В спектр галактики попадает тоже только излучение из этой центральной части. Это излучение состоит преимущественно из излучения аккрецирующего газа, как удаляющегося от наблюдателя (красное смещение), так и приближающегося к наблюдателю (фиолетовое смещение).

Красное смещение в спектрах далёких галактик надёжно фиксируется. Нередко возникает вопрос, почему наряду с красным никогда не фиксируется фиолетовое смещение излучения. Есть ряд причин, по которым серии с фиолетовым смещением не обнаружены. На рис.2 показаны а) эмиссионный спектр водорода, b) он же, смещённый в красную сторону, c) он же, смещённый в фиолетовую сторону.

Рис. 2

Обнаружению фиолетовой серии мешают следующие объективные причины: расстояние между линиями серии с фиолетовым смещением меньше, чем расстояние у серии с красным смещением; фиолетовые линии уже красных; фиолетовое излучение проходит вблизи ядра галактики, что искажает ширину, число и интенсивность линий. Существует, кроме того, психологический барьер, заключающийся в уверенности наблюдателей в невозможности одновременного существования серий с красным и фиолетовым смещением.

Последовательное развитие идеи красного смещения (аккреция + фон ночного неба) позволило установить свойства красного смещения. Вот некоторые из них:

1) Красное смещение z галактики зависит от от ее массы M и расстояния r от наблюдателя.

,                                   (1)

                                     (2)

Оба соотношения (1) и (2) дают линейную зависимость красного смещения z от расстояния r. Однако, из формулы (1) вытекает дополнительная информация: закон Хаббла верен только статистически для совокупности галактик разных масс; для отдельно взятой галактики закон Хаббла, вообще говоря, не верен. Статистический характер закона Хаббла объясняет разногласия различных исследователей при определении постоянной Хаббла.

3) Из обобщённого закона Хаббла (1) следует, что могут существовать взаимодействующие объекты с разными красными смещениями (r у них одинаковы, а М разные). Это подтверждается наблюдениями Х. Арпа. На снимках Хаббла меньшая галактика всегда имеет бо́льшее красное смещение, что соответствует зависимости (1). Более полное и сравнительно популярное изложении вопроса о природе красного смещения можно найти в http://astrogalaxy.ru/784.html

1. Подготовлено проектом 'Астрогалактика'
2. Публикация проекта, 15 октября 2011 года
3. Автор статьи Л.М. Топтунова
для проекта 'Астрогалактика'

Главная страница раздела