Глава 3. Чем дальше в пространство - тем глубже во времени

§3.2. Галактики на краю видимой Вселенной

Подтверждением вышесказанному являются данные наблюданий далеких галактик (с красными смещениями, скажем, z>1). Астрономические наблюдения показывают, что свойства этих галактик характерны для очень молодых звездных систем, в которых только что закончился, еще продолжается или даже еще только начинается процесс образования большинства звезд. Особо наглядные данные получены при изучении “Хаббловского глубокого поля (Hubble Deep Field, HDF)” — содержащего только очень далекие галактики небольшого участка неба в Большой Медведице, сфотографированного Космическим телескопом им. Хаббла в 1995 году; осенью 1998 г. была получена фотография “Южного хаббловского глубокого поля” (рис. 3.2.1). Помимо HST эти площадки изучались и с помощью других приборов, в частности, в инфракрасном диапазоне.

Один из главных выводов, полученных при изучении HDF, заключается в том, что средний темп звездообразования в далеких галактиках зависит от красного смещения (и, стало быть, от времени, затраченного светом на прохождение к нам): если в настоящее время за год в среднем во Вселенной образуется примерно одна звезда солнечной массы в объеме 100 Мпк³ (в некоторых из близких галактик наблюдается и более высокий темп звездообразования, но это объясняется взаимодействием с галактиками по соседству), то при 2<z<3 средний темп звездообразования был примерно в десять раз выше (рис. 3.2.2). Вероятно, именно при этих красных смещениях образовалось большинство звезд. Если бы Вселенная в целом была неизменной, средний темп образования звезд был бы, очевидно, неизменным.

Морфология галактик при больших красных смещениях также была иной: среди звездных систем с большими z, попавших в HDF, значительно повышена доля неправильных, тогда как эллиптические галактики были в дефиците.

Свидетельством космической эволюции является и рост числа взаимодействующих галактик с увеличением красного смещения, обнаруженный санкт-петербургским астрономом В.П.  Решетниковым. Это явление, очевидно, объясняется тем, что в прошлом Вселенная была плотнее, и галактики в среднем были ближе друг к другу. К настоящему времени галактики с большими красными смещениями успели претерпеть многочисленные слияния друг с другом (особо многочисленные в ранние эпохи жизни Вселенной, когда число галактик в еденице объема было значительно выше, чем сейчас), "повзрослеть" и превратиться в обычные звездные системы типа Млечного Пути и галактик, расположенных поблизости. Этот факт является очень важным свидетельством в пользу теории расширяющейся Вселенной, поскольку он наглядно показывает нам, что миллиарды лет назад Вселенная была существенно иной, чем сейчас; она была моложе.

Как уже отмечалось в §2.6, с помощью формулы (2.6) можно показать, что галактики заведомо не могут наблюдаться при красных смещениях более 30. Самые далекие галактики в оптические телескопы просто не видны, т.к. при активном звездообразовании возникает много космической пыли, поглощающей видимые лучи. Однако эта пыль нагревается и переизлучает электромагнитные волны в инфракрасном диапазоне. Видимо, именно излучением нагретой пыли в ультра-молодых (и поэтому ультра-далеких) галактиках объясняется открытое недавно фоновое инфракрасное излучение Вселенной.