[2] HOBЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СПИРАЛЬНЫХ ТУМАННОСТЕЙ
1Как известно, статистическое исследование собственных движений неподвижных звёзд., а также их лучевых скоростей позволило определить направление движения Солнца. Числовые значения координат апекса в круглых числах таковы:
α=270˚, δ=+30˚. Скорость движения Солнца в этом направлении принимается равной 19,5 км/сек; таков результат на основании всex звёзд, до сих пор исследованных.Однако, отлелные определения, основанные на специальных группах звёзд, дают иные значения скорости
Солнца, и эти значения отличаются от вышеприведённой на величину, превышающую возможные ошибки определения скорости. Особенно подчёркивается paзницa между числовыми величинами получаемых скоростей, если разбить звёзды на две rpyппы: oднy группу составить из звёзд, расположенных вблизи апекса, a другую группу – вблизи антиапекса. Первая группа даёт для скорости Солнца всегда меньшую числовую величину, вторая группа – большую; соответственно получается: v = 18 км/сек и v = 28 км/сек.Если ещё разобьём звёзды на группы по их спектральному типу, то также получаются значения скорости движения Солнца, более или менее разнящиеся по величине, но всегда эта скорость по группам, расположенным около апекса, получается меньше, чем по звездам, группирующимся около аптиапекса. Половину этой разности принято обозначать буквой К.
В табл. I для звёзд разных типов даны: числовые значения скорости Солнца, определённые по звёздам, расположенным около апекса и антиапекса, значения K и параллаксы групп звёзд 2.
Т а б л и ц а I
Тип |
Апекс |
Аитнапекс |
К |
Число звёзд |
Параллакс |
|
км/сек |
км/сек |
км/сек |
|
|
B |
17.8 |
27,6 |
+4,9 |
284 |
0",0068 0 ,0061 |
A |
17,0 |
20,3 |
+1,7 |
500 |
0 ,01 0 ,016 |
F |
19,4 |
20,0 |
+0,3 |
200 |
0 ,022 |
С |
18,8 |
18,4 |
–0,2 |
244 |
0 ,022 |
К |
17,7 |
18,3 |
+0,3 |
687 |
– |
М |
21,4 |
22,8 |
+0,7 |
234 |
0 ,011 |
План. туманн. |
31 |
27 |
+2 |
– |
0 ,0062 |
Из приведённой таблицы видно с достаточной ясностью, что значение числа К тесно связано с расстоянием звёзд и что К возрастает с расстоянием. Знак его плюс, т. е. в среднем все звезды как бы удаляются от Солнца.
XX век сделал большой шаг вперёд: найдены новые методы определения расстояний светил, и притом таких больших расстояний, которые старому тригонометрическому способу совсем недоступны.
Эти методы основываются на непосредственном определении абсолютной яркости светил. Зная её и определяя видимую яркость, получают по очень простой формуле величину параллакса и, следовательно, расстояние светила в принятых единицах (парсеках).
Один из наиболее замечательных методов определения абсолютной яркости – это определение периода переменных звёзд типа цефеид. Оказывается, что период изменения
блеска цефеид близко пропорционален абсолютной яркости; табл. II показывает связь между lg P (P – период изменения яркости) н М –абсолютной яркостью.Т а б л и ц а
II
IgP |
M |
IgP |
M |
lgP |
М |
+2,1 |
– 7,1 вел. |
+1,2 |
3,9 вел. |
+0,2 |
1,0 вел. |
+2,0 |
6.7 |
+1,0 |
3,2 |
0,0 |
0,6 |
+1,8 |
6,0 |
+0,8 |
2,4 |
–0,2 |
0,4 |
+1,6 |
5,3 |
+0,6 |
1,8 |
–0,4 |
0,3 |
+1,4 |
4,6 |
+0,4 |
1,4 |
–0,6 |
0,3 |
Определив абсолютную яркость М таким способом, получаем параллакс по формуле:
lgπ = 0,2(M – т) – 1; здесь π – параллакс, т – видимая яркость, выраженная в звёздных величинах.Мы не будем останавливаться на других методах определения расстояний светил. Все они были применены при определении таких, недоступных прежнему тригонометрическому метолу, расстояний, какими являются расстояния спиральных туманностей.
Мощные современные телескопы разложили значительное число таких туманностей на отдельные звёзды. Среди этих звёзд оказались переменные типа цефеид, т. е. подлежащие новому способу определения расстояний.
С другой стороны, эти же мощные приборы дали возможность исследовать спектр спиральных туманностей, указать тип и определить смещение спектральных линий.
В появившейся недавно брошюре Хабла
(Hubble) под названием “Relation between Distanse and Radial Velocity among Extragalactic Nebulae” (Comm. to the Nat. Ac. of Sc., № 105) собрано 46 туманностей, обследованных достаточно хорошо, чтобы указать на поразительную зависимость числовой величины смещения спектральных линий or расстояния туманности: числовая величина смещения увеличивается в зависимости от расстояния туманности, при этом у 41 из 46 туманностей это смещение наблюдается в сторону красного конца; такое смещение принято обозначать знаком плюс (+) (см. табл. III).Т а б л и ц а
IIIСпиральные туманности
(
В каждой группе собрано около пяти определений)
Группа |
Расстояние (в тыс. парсек) |
Смещение |
Группа |
Расстояние (в тыс. парсек) |
Смещение |
1 |
30 |
+60 км/сек |
6 |
900 |
+519 км/сек |
2 |
200 |
+35 |
7 |
1060 |
+747 |
3 |
275 |
–117 |
8 |
1400 |
+763 |
4 |
610 |
+390 |
9 |
1637 |
+729 |
5 |
673 |
+200 |
|
|
|
Если отложим по оси абсцисс расстояния в тысячах парсеков, а по оси ординат смещения в
км/сек, указанные в этой таблице, то получим такой график (рис. 1).Обыкновенно смещение спектральных линий рассматривается как следствие движения светила по лучу зрения. Но, вообще говоря, могут существовать и другие причины такого смещения, и мы
можем рассматривать всякое смещение линий как следствие двух причин: 1) скорости движения (принцип Допплера) и 2) как следствие неизвестного фактора. Если обозначим общее смещение через Δλ, то Δλ= Δ1λ + Δ2λМы уже видели, что при определении скорости Солнца но смещению линий в спектрах звёзд нашей Галактики обнаружился загадочный член, который мы обозначили через К. Величину смещения, по которой вычислено
K, можно отнести именно на долю Δ2λ нашей формулы.Если приложить метод определения скорости движения Солнца на основании лучевых скоростей, определённых для спиральных туманностей, то в уравнения, служащие для
этого, необходимо также ввести величину К, т. е. v = v0 + K (v0 – скорость Солнца). Однако, на основании сказанного о явной зависимости величины смещения от расстояния светила приходится ввести расстояние в написанное равенство или как множитель при v0 или при К. Естественно принять этот множитель при К. Мы видели, что для звёзд нашей Галактики уже заметно влияние расстояния на величину K; для расстояний, характеризуемых параллаксом π = 0",006 (около 200 парсек), К= + 5 км/сек, что соответствует смещению Δλ = + 0,07 Å. Для спиральных туманностей при расстояниях в миллионы парсеков K =500 км/сек, что соответствует Δλ = 7 Å.Отсюда получается общее выражение для смещения спектральных линий: Δ
λ= Δ1λ + f(r)Δ2λ, где f(r) – пока неизвестная функция расстояния.Итак, расстояние светящегося источника оказывает какое-то влияние на световую волну, увеличивая ее длину; иными словами, на расстоянии утрачивается некоторое число колебаний.
С точки зрения квантовой интерпретации света можно прийти к заключению, что если источник света испускает квант
hν (h — постоянная Планка, ν – число колебаний в секунду), то наблюдатель на расстоянии r воспринимает квант hν ', где ν ' – некоторая функция расстояния.Т а б л и ц а
IVРасстояния и смещения спектральных линий светил
Типы |
π |
r |
K |
Δν |
N |
|
км/сек |
Е |
|||||
F, G, К |
0",02 |
50 |
+0,1 |
+0,001 |
0 |
1000 |
A , М |
0 ,01 |
100 |
+1,4 |
+0,002 |
–4·1015 |
700 |
B |
0 ,005 |
200 |
+5 |
+0,07 |
–11·1015 |
300 |
F – G ( спиральные туманности) |
– |
0,4·106 |
+210 |
+3 |
–560·1015 |
10 |
– |
1,0·106 |
+520 |
+7 |
–1130·1015 |
7 |
|
– |
1,9·106 |
+850 |
+13 |
–2100·1015 |
5 |
|
– |
7 ·106 |
+3900 |
+56 |
–8800·1015 |
1 |
В табл. IV сопоставлены: типы, параллаксы, расстояния (
r) в парсеках, член К, выраженный в скоростях, он же в ангстремах (Å) для линии Нγ (λ = 4341 Å), разность, т. е. утрата Δν κолебаний, и число N использованных объектов. Из статьи Хаббла взяты те данные, которые относятся к туманностям, для которых расстояния определены наиболее надёжно; к ним присоединена одна туманность, для которой Юмасоном (Humason) получено смещение в 56 Å. Все числа округлены.Значение функции
f(r) при члене К или Δ2λ μожно до некоторой степени указать, исходя из хорошо определённых числовых величин для звёзд типа В и значения К на единице расстояния для спиральных туманностей. Именно, расстояние спиральных туманностей в 106 парсек больше расстояния звёзд типа В, т. е. 200 парсек, в 5000 раз; член К для спиральных туманностей в 100 раз больше, чем для звёзд типа В;отсюда выходит, что 100 = √5000·√2
, – закон параболы.