Относительность. Термодинамика и космология - Толмен Р.
Скачать (прямая ссылка):
вещества в спиральных галактиках такой же, как и у нашей собственной.
Полагаясь на довольно скудные данные, Хаббл [126] оценивает среднюю массу
туманностей как
т= (6-МО) • 108О, (177.19)
где (c) - масса Солнца:
0 = 1,983-1033 г. (177.20)
ж) Распределение туманностей в пространстве. Пусть имеется обычное
евклидово пространство, равномерно заполненное стационарными
туманностями. Тогда, очевидно, можно ожидать, что число туманностей N
внутри сферы радиуса d пропорционально кубу радиуса, т. е.
N=const -d\ (177.21)
откуда, совместно с выражением (177.10), получаем
lgiV=0,6m+C, (177.22)
где т - наибольшая звездная величина туманностей в рассматриваемой
области, а С - постоянная.
Если подставить в это уравнение реально наблюдаемые значения, то можно
обнаружить два интересных факта.
Во-первых, оказывается, что в плоскости Млечного Пути есть "зона
избегания" не очень правильной формы со средней шириной 15°, где
галактики почти полностью отсутствуют. Это, несомненно, происходит из-за
того, что внутри нашей собственной Галактики имеется поглощающий слой
вещества. В частности, известны темные облака материи на Млечном Пути,
которые целиком закрывают от нас все звезды, кроме ближайших из нашей
собственной системы. Это объяснение еще более подтверждается открытием
Хаббла [126], который показал, что число туманностей в единице телесного
угла возрастает от зоны избегания до галактического полюса именно таким
образом, как и следовало бы ожидать, если бы наблюдения проводились
сквозь толщу поглощающего вещества.
Второй интересный факт состоит в том, что туманности распределены
нерегулярно. Это обнаруживается с полнейшей определенностью, если только
при усреднении не использовать чересчур большие интервалы по углу и
расстоянию. Указанная нерегулярность, во всяком случае частично, связана
с тем, что галактики имеют тенденцию собираться в скопления. Так, Шепли
474
Гл. X. космология
и Эймс [127] обнаружили, что полное число туманностей вплоть до 13-й
звездной величины в северном полушарии примерно в 2 раза больше, чем в
южном. Эту разность, однако, можно полностью отнести за счет сильно
населенного скопления в созвездии Девы в северном полушарии, содержащего
большое число туманностей в этом интервале звездных величин. Помимо этой
неоднородности, вызванной скоплениями, Шепли [128] обнаружил также и
неоднородность в распределении туманностей вплоть до звездной величины
18,2. После приведения к однородным условиям оказалось, что в северном
полушарии таких туманностей тоже больше, чем в южном. Однако число
туманностей вплоть до 20-й звездной величины по подсчетам Хаббла [126],
оказывается одинаковым в обеих полусферах.
Учитывая возможность поглощения внутри Млечного Пути и неоднородности,
связанные с недостаточно широким усреднением, Хаббл нашел, что
распределение внегалактических туманностей достаточно хорошо описывается
выражением
lgN=0,6m-9,12, (177.23)
где N - число туманностей на квадратный градус, а т - исправленная
видимая фотографическая звездная величина.
Вопрос о распределении туманностей будет обсуждаться еще раз в § 181, но
без ограничительных требований стационарности галактик и евклидовости
пространства.
з) Плотность вещества во Вселенной. Для того чтобы найти усредненную
по всему пространству плотность вещества, Хаббл
[126] воспользовался наилучшей из существующих оценкой средней массы
туманностей и плотности их распределения и в результате получил *)
р = (1,3-т-1,6) ¦ 10-30 г/см3. (177.24)
Приведенное число является, разумеется, только нижним пределом для
реальной плотности, поскольку пока неизвестно, сколько вещества имеется
во Вселенной в других формах: в виде пыли, газа или движущихся частиц,
связанных с космическими лучами. По оценкам Хаббла, плотность
внегалактической пыли может быть в тысячу раз больше приведенной выше
цифры и при этом до сих пор никак не проявиться.
Кроме вещества, внегалактическое пространство содержит и неизвестное нам
количество излучения, которое пополняется за счет высвечивания самих
туманностей и за счет источника, порождающего космические лучи. Однородно
распределенное излучение черного тела при температуре около 19°К имеет
плотность 10-30 г/см3.
*) Новые данные приведены на стр. 495, 496. (Прим. ред.)
§ 178. КООРДИНАТЫ ТУМАННОСТИ И СВЕТИМОСТЬ
475
Так как, кроме туманностей, вещество в пространстве присутствует и в
другой форме, то полное распределение вещества может оказаться гораздо
более однородным, чем это можно заключить из того факта, что туманности
имеют тенденцию собираться в скопления.
Для дальнейшего удобно перевести (177.24) в релятивистские единицы § 81:
8яР = ШэТТОй ~ 1'86' (tm)~57см~2, (177.25)
или, переходя к световым годам,
8яр" 1,7 • 10-21 (лет)~2. (177.26)
§ 178. Координаты туманности и светимость
Теперь нам предстоит перейти к интерпретации вышеприведенных данных
наблюдений при помощи наших нестатических моделей. Однако сначала
придется вывести несколько соотношений, которые облегчат сравнение
