Галактики – это большие скопления звездных систем. Но сколько существует галактик во Вселенной? Кажется, что посчитать их все невозможно, и на данный момент это действительно так. Их настолько много, что одна из главных проблем – это числа. Когда счет достигает миллиардов, то даже на простое сложение требуется некоторое время. Еще одна проблема – ограниченность нашего оборудования. На данный момент мы можем обнаружить лишь несколько десятков миллиардов галактик на небе. Чтобы увидеть больше, необходимо более мощное оборудование с увеличенной апертурой. Также телескоп обязательно должен находиться высоко на орбите нашей планеты, чтобы воздух в атмосфере не мешал ему при наблюдении.
Возможно, самым большим запечатленным количеством галактик является изображение Hubble eXtreme Deep Field (XDF), сделанное с помощью объединения разных фотографий с космического телескопа Хаббл за 10 лет работы. Он изучал различные участки звездного неба в течение 50 дней на каждый. Медленно собирая слабый свет от далеких звезд, Хаббл обнаружил тысячи галактик, что сделало XDF самым большим изображением космоса на то время. Благодаря этому ученые смогли рассчитать, что с Земли таким же образом можно увидеть от 100 до 200 млрд галактик. Однако недавно запущенный космический телескоп Джеймс Уэбб, возможно, сможет предоставить нам еще больше информации о Вселенной.
Изучая галактики
По словам Марио Ливио, астрофизика из Научного института космического телескопа в Балтиморе, США, Хаббл успешно справлялся с подсчетом видимых галактик. На запуске в 1990 году его главное зеркало имело искажение, которое исправили только в 1993-ем. После этого вплоть до 2009 года в телескоп вносились различные коррективы и проводились модернизации прямо на орбите с помощью шаттла.
В 95-ом линза телескопа была направлена на, казалось бы, пустую область в районе Большой Медведицы, за которой наблюдали в течение 10 дней. В результате было обнаружено около трех тысяч тусклых галактик со звездной величиной 30. (Для сравнения Полярная звезда имеет звездную величину около 2.)
Так как оборудование Хаббла было обновлено, астрономы повторили свое исследование еще два раза в 2003 и 2004 годах. Благодаря этому удалось обнаружить еще около десяти тысяч галактик в темном пятне в созвездии Печь. В 2012 году с помощью последних улучшений линзы Хаббл направили в другую ранее неисследованную область, где нашли порядка 5500 новых галактик.
«В целом, Хаббл показал около ста миллиардов галактик в обозримом космосе. Это количество вполне может возрасти вдвое по мере улучшения технологий наблюдения за космическими объектами, таких как Джеймс Уэбб», – говорит Ливио.
Считая звезды
Каким бы телескопом ни пользовались ученые, метод оценки количества галактик остается неизменным. Вы просто берете кусочек звездного неба, зафиксированный телескопом, а потом, используя отношение этого кусочка ко всей видимой Вселенной, определяете количество галактик в ней.
«Этот метод предполагает, что большой космической дисперсии не существует, что Вселенная однородна», — говорит Ливио. – «У нас действительно есть веские причины думать, что это правда. Такое явление даже получило собственное название – космологический принцип».
Космологический принцип берет свое начало в ОТО Эйнштейна, которая гласила, что гравитация – это искажение пространства и времени. Используя это утверждение, ученые, включая самого Альберта, пытались выяснить, как именно гравитация оказывает влияние на весь космос.
«Самое простое предположение состоит в том, что, если бы вы смотрели на содержимое Вселенной с достаточно плохим зрением, оно выглядело бы примерно одинаково везде и во всех направлениях», — заявляли в НАСА.
Главным примером действия космологического принципа можно назвать космический микроволновый фон. Это излучение, оставшееся от ранних стадий развития Вселенной после Большого взрыва. С помощью таких инструментов, как Зонд Уилкинсона для измерения анизотропии, ученые смогли выяснить, что реликтовое излучение распространяется равномерно по всем участкам Вселенной.
Меняется ли количество галактик со временем?
Расширение Вселенной изучается с помощью наблюдения за удаляющимися от нас галактиками. Это позволило выяснить ее точный возраст – 13,82 миллиарда лет. Но по мере этого расширения галактики удаляются все дальше от нашей планеты, из-за чего наблюдение за ними может затрудниться.
Расширение происходит быстрее скорости света (что не противоречит принципам ОТО, так как оно исходит от самой Вселенной, а не от объектов, движущихся в ней) и даже ускоряется со временем. Здесь в ход идет концепция «наблюдаемой Вселенной» – части космоса, которую мы можем наблюдать. Ливио говорит, что примерно через триллион лет начнут появляться новые галактики, которые с Земли мы не увидим.
«В своих исследованиях мы можем наблюдать только те галактики, свет от которых успел до нас дойти», — сказал Ливио. – «Это необязательно говорит о том, что во Вселенной больше ничего нет. Поэтому мы и используем определение наблюдаемой Вселенной».
Помимо этого, галактики имеют свойство меняться с течением времени. Например, наш Млечный Путь и соседняя галактика Андромеда медленно движутся друг к другу и сольются 4 миллиарда лет плюс-минус. То же самое произойдет и с другими галактиками в нашей Местной группе – все они в конце концов станут единым целым. Ливио говорит, что жители этой гигантской галактики в будущем будут наблюдать куда более темную версию Вселенной, чем мы сейчас.
«Цивилизации зародились тогда, у них не было бы доказательств того, что существует Вселенная со 100 миллиардами галактик», — сказал он. – «Будущие цивилизации не увидят расширения. Вероятно, они даже не смогут сказать, что Большой Взрыв на самом деле существовал».
А как насчет других Вселенных?
В физике есть теории, которые считают, что по мере расширения Вселенной от нее отделялись определенные участки, образовавшие другие Вселенные. Все они могут иметь разную скорость расширения, частицы, вещество и даже законы физики, отличные от наших.
Ливио отмечает, что в этих Вселенных тоже наверняка есть свои галактики (если они, конечно, существуют), но мы не можем этого подтвердить. Таким образом, если рассматривать потенциальные другие миры, то количество существующих галактик может быть еще больше.
Ливио надеется, что оборудование Джеймса Уэбба поможет точнее сказать, сколько галактик присутствует в нашем мире. Хаббл мог увидеть галактики, образовавшиеся спустя минимум 450 миллионов лет с начала времен. Астрономы считают, что Джеймс Уэбб в будущем сможет заглянуть еще дальше и увидеть галактики, появившиеся примерно через 200 млн лет после Большого взрыва.
Ливио добавляет: «Не думаю, что цифры изменятся кардинально, учитывая то, что первые галактики начали образовываться не многим раньше того, куда мы можем заглянуть. Поэтому примерно 200 миллиардов – вероятно, то число, которое соответствует количеству галактик в наблюдаемой нами Вселенной».
На что способен Джеймс Уэбб?
Подсчет количества галактик во Вселенной – дело, конечно, увлекательное, но у астрономов другие приоритеты. Их больше интересует то, что галактики могут показать, как формировалась Вселенная. Наблюдая за ними, можно увидеть, как распространялась материя по Вселенной после Большого взрыва. Так как Уэбб может смотреть дальше Хаббла, ученые надеются, что он поможет лучше понять структуру галактик.
«Исследование более старых галактик и сравнение их с предыдущими наблюдениями может позволить лучше понять процесс их формирования и развития. Уэбб может помочь ученым собирать информацию о типах звезд, зародившихся в этих древнейших галактиках», — заявляют в НАСА, говоря о миссии Уэбба. – «Последующие наблюдения с использованием спектроскопии сотен или тысяч галактик помогут исследователям понять, как образовывались и накапливались элементы тяжелее водорода по мере формирования галактик на протяжении веков. Эти исследования также раскроют подробности слияния галактик и прольют свет на процесс их формирования».
Вот несколько ключевых вопросов, на которые, по мнению НАСА, Джеймс Уэбб сможет дать ответ:
- Как образуются галактики?
- Что придает им форму?
- Как химические элементы распределяются по галактикам?
- Как черные дыры в центре галактик влияют на них?
- Что происходит, когда маленькие и большие галактики сталкиваются или объединяются?
Также ученые пытаются выяснить, какую роль во всех этих процессах играет темная материя. Несмотря на то, что мы видим в космосе преимущественно галактики и звезды, темная материя все еще составляет около 80% всей Вселенной. Она невидима ни в длинах волн, ни в каком-либо излучении, однако с помощью изучения галактик ученые еще в пятидесятых годах прошлого века доказали, что они на самом деле тяжелее, чем кажутся. Это значит, что в космосе присутствует гораздо больше массы, чем мы можем наблюдать.
«Компьютерное моделирование, проведенное учеными для понимания формирования галактик, показывает, что галактики появляются, когда темная материя сливается и слипается», — заявляют в НАСА. – «Ее [темную материю] можно представлять, как строительные леса Вселенной. Видимая материя, которую мы наблюдаем, собирается внутри этих строительных лесов в форме звезд и галактик. Затем они сближаются, образуя более крупные объекты».
Мощность оборудования телескопа Джеймс Уэбб позволит астрономам лучше изучить процесс формирования галактик и понять, какую роль в этом играет темная материя. И пусть это не поможет точнее определить, сколько галактик существует в нашей Вселенной, зато позволит лучше понять процессы, стоящие за их формированием.
