15.5. КРУПНОМАСШТАБНАЯ СТРУКТУРА ВСЕЛЕННОЙ

Галактики являются теми элементарными кирпичиками, расположение которых определяет крупномасштабную структуру Вселенной. Наблюдается широкое многообразие их морфологических структур. Мы уже встречались со спиральными галактиками, такими, как наша или Их определяющим свойством является наличие спиральных рукавов. В некоторых

Рис. 15.8. Ближайшая к нам гигантская эллиптическая галактика находится на расстоянии около вблизи центра скопления галактик в созвездии Девы. (С любезного разрешения обсерваторий Хэйла.)

таких галактиках вместо центрального вздутия имеется перемычка — вытянутый звездный эллипсоид. Такие галактики называются спиральными галактиками с перемычкой. Наблюдается примерно равное число нормальных спиральных галактик и галактик с перемычкой. Другой основной класс галактик — эллиптические галактики, изображения которых на фотопластинках имеют вид эллипсов с очень плавным распределением яркости. В качестве примера на рис. 15.8. показана гигантская эллиптическая галактика Наконец, существует тип так называемых неправильных галактик, к которому относится все, что не укладывается в приведенную классификацию. Среди ярких галактик объектов этого класса очень мало, причем многие кажущиеся неправильными галактики на самом деле являются спиральными со слабо выраженной либо искаженной спиральной структурой. Важно подчеркнуть, что четких границ между классами нет и наблюдаются галактики промежуточных типов. Например, существует непрерывная последовательность галактик от эллиптических к спиральным, включающая галактики, выглядящие как спиральные, то есть обладающие диском и центральным вздутием, но не имеющие спиральных рукавов. Они называются линзовидными галактиками и обозначаются Эта классификация удобна для описания общей структуры галактики.

Среди 1528 ярких галактик в «Reference Catalogue of Bright Galaxies» [12] перечисленные типы галактик содержатся в следующей пропорции: эллиптические — 13%, линзовидные — 22%, спиральные — 61% и

Рис. 15.9. Функция светимости галактик. Кружками показана наблюдаемая функция светимости галактик, входящих в богатые скопления. Ока хорошо согласуется с функцией светимости случайно выбранных галактик. Сплошной линией показана функция типа Шехтера, наилучшим образом удовлетворяющая наблюдениям. Абсолютная звездная величина в полосе измерялась для всех галактик, поверхностная яркость которых превышает Точки — с учетом доминирующих гигантских эллиптических -галактик.

неправильные — 4%. Светимости галактик меняются в очень широком интервале, от гигантских эллиптических галактик массой обладающих колоссальной светимостью, до карликовых галактик, немного превышающих крупные шаровые скопления массой порядка Относительная частота, с которой встречаются галактики разной светимости, описывается функцией светимости. Она определяется как пространственная плотность галактик светимость которых попадает в интервал от до Ее вид показан на рис. 15.9. Удобное аналитическое представление этого распределения следующее:

где оно называется функцией Шехтера. В нее входит характерная светимость на которой начинается завал в распределении (рис. 15.9). Светимость нашей Галактики несколько меньше и соответствует или полная абсолютная величина галактики в спектральной

Рис. 15.10. (см. скан) Скопление галактик в созвездии Волосы Вероники. (Из «Паломарского атласа неба».)

полосе В). Для оценок по порядку величины полезно знать, что пространственная плотность галактик, подобных нашей, составляет примерно при постоянной Хаббла

Характерный размер галактик типа нашей составляет Наша ближайшая соседка, обладающая сходным морфологическим типом и массой, (туманность Андромеды). Расстояние до нее равно всего т. е. в 30 раз превышает размеры нашей Галактики. Такое близкое взаимное расположение объясняется тем, что туманность Андромеды и наша Галактика являются главными членами так называемой Местной группы галактик. Это слабо связанная группа галактик размером

около Скучивание галактик в скопления происходит повсеместно во Вселенной, его диапазон от двойных систем до очень богатых скоплений, насчитывающих более тысячи членов. Пример богатого скопления галактик — скопление в созвездии Волосы Вероники (рис. 15.10). Оно находится на расстоянии Хотя диаметр его ядра меньше составляющие его галактики занимают довольно большую область. Согласно наблюдениям, радиус скопления может достигать и даже больше. Скопление релаксировало в том смысле, что радиальное распределение галактик в нем близко к равновесному, т. е. такому, которое установилось бы, если бы галактики успели обменяться кинетической энергией посредством гравитационного взаимодействия (гравитационный аналог ионизационных потерь; см. разд. 2.6). Практически это радиальное распределение должно быть таким, как в самогравитирующей изотермической газовой сфере. Такие богатые скопления очень редки, но, поскольку они насчитывают много членов, к ним принадлежит значительная доля всех галактик. Типичная средняя пространственная плотность богатых скоплений составляет тогда как пространственная плотность галактик, подобных нашей, порядка

Сейчас появились сильные свидетельства того, что скучивание галактик происходит в еще больших масштабах. Статистический анализ показал, что существуют значительные неоднородности в распределении галактик с характерными размерами порядка Эти гигантские образования, содержащие в среднем два богатых скопления галактик, называются сверхскоплениями галактик. Их характерный размер порядка Так, например, Местная группа галактик расположена на окраине Местного сверхскопления с центром в ближайшем к нам скоплении галактик в созвездии Девы. Это скопление расположено на расстоянии около от нашей Галактики. В среднем в пределах Местного сверхскопления средняя пространственная плотность галактик приблизительно в раза выше, чем в среднем во Вселенной. Трудно дать точное определение характерного размера неоднородностей во Вселенной. Значительное скучивание галактик обнаруживается во всех масштабах от слабых рассеянных групп до богатых скоплений, подобных скоплению в созвездии Волосы Вероники. Скучивание лучше всего описывать с помощью статистических методов, которые разрабатываются Пиблсом и его сотрудниками (ссылки см. в [20]). Если записать число галактик, находящихся на угловом расстоянии в от какой-либо галактики, в виде

где средняя поверхностная плотность галактик, элемент телесного угла, то описывает неоднородности в распределении галактик, возникающие за счет отклонения от случайного распределения. Величина называется двухточечной корреляционной функцией. Пиблс и его коллеги показали, что для галактик эта функция имеет вид

во всех масштабах примерно от 100 кпс до 20 - 30 Мпс. Это означает, что нет никакого выделенного масштаба скучивания и что самые богатые скопления галактик просто соответствуют верхней границе скучивания вообще. Двухточечная корреляционная функция описывает наблюдаемое распределение по небесной сфере. Ей соответствует пространственная двухточечная корреляционная функция

где расстояние от какой-либо конкретной галактики.

Разумеется, реальная Вселенная значительно сложнее. На рис. 15-11 показано распределение галактик по небесной сфере, построенное Шейном и Виртаненом [23] по результатам обзора лучевых скоростей галактик, проведенного на Ликской обсерватории. Здесь учтено более 106 галактик. Делать выводы, просто глядя на фотографию, всегда опасно, поскольку наше зрение обладает свойством отыскивать структуру в любом изображении. Тем не менее, ясно, что структура в этом распределении присутствует, причем в общих чертах она описывается корреляционной функцией. (15.3). Яркое пятно в центре поля — это скопление в созвездии Волосы Вероники и окружающие его галактики. Видно, что кроме обычного скучивания в очень больших масштабах существует также волокнистая структура, как будто бы галактики расположены преимущественно на поверхности «пузырей» или пустот в распределении галактик. Эти наблюдения дают ключ к решению проблемы образования крупномасштабной структуры Вселенной.