Парадокс Хаббла—Сэндиджа

Открытие космического вакуума, сделанное с помощью наблюдений сверхновых звезд на больших космологических расстояниях (в сотни и тысячи мегапарсек), проливает, как кажется, свет на динамику нашей близкой окрестности во Вселенной. Речь идет о движении галактик в местном объеме с размером до 10^-20 мегапарсек (Мпк), где космологическое расширение и было первоначально обнаружено. Удивительно, но факт: природа локального хаббловского потока с самого начала представляла и представляет до сих трудную проблему. Эту проблему обычно игнорируют в стандартных учебниках по космологии, написанных теоретиками. Но космологов-наблюдателей она всегда тревожила. Если сказать совсем кратко, проблема звучит так: имеет ли открытие Хаббла космологический смысл?

Как мы знаем,теория Фридмана предполагает, что Метагалактика однородна по распределению вещества в ней, и это действительно так. Крупномасштабное распределение галактик статистически однородно в масштабах 100-300 Мпк и более, а изотропия Метагалактики точнее всего подтверждается реликтовым излучением, которое изотропно с точностью по крайней мере до сотых долей процента. Фридмановская теория предсказывает, что космологическое расширение в однородном и изотропном мире должно происходить по линейному закону: в каждый данный момент истории мира скорость удаления объекта, находящегося на расстоянии R от нас, пропорциональна этому расстоянию:

где H — коэффициент, который, как мы уже не раз говорили, не зависит ни от расстояния до объекта, ни от направления на него на небе. Эта линейная зависимость относительной скорости от относительного расстояния есть прямое следствие однородности и изотропии Метагалактики; таким увидит космологическое расширение любой наблюдатель, где бы в пространстве он ни находился. Таким и видят сейчас этот глобальный поток расширения — с расстояний в 100-300 Мпк от нас и далее почти до горизонта наблюдений.

Эдвин Хаббл в 1929 г. [151] построил диаграмму зависимости V от R для двух дюжин галактик, лучевые скорости которых были уже ранее известны, а расстояния до которых он сам оценил.

Первая хаббловская диаграмма воспроизводится на нашем рис. На ней определенно просматривается линейный закон скорости — закон, который с тех пор и называют законом Хаббла. Скорости галактик на этой диаграмме лишь немногим больше тысячи км/с. Для принятого сейчас значения постоянной Хаббла, H = 57-87 км/(с ■ Мпк), предел расстояний в его наблюдениях — 20 Мпк. (Хаббл полагал тогда, что этот предел составляет 2 Мпк, — из-за систематической ошибки в определении расстояний.)

Однако в Местном объеме с радиусом в 20 Мпк никакой однородности в распределении галактик нет; как мы только что сказали, эти свойства Вселенная приобретает лишь в масштабах 100-300 Мпк и более.

Распределение вещества в ближнем объеме, напротив, крайне неравномерно: имеются группы галактик с размерами в 1 Мпк и больше, все они входят в большое скопление галактик Вирго (Дева), центр которого лежит в направлении на одноименное созвездие и находится от нас на расстоянии приблизительно в те же 20 Мпк, и т. п. Как при неоднородном распределении вещества здесь возможен регулярный космологический поток расширения с линейной зависимостью скорости от расстояния? В этом и состоит загадка локального хаббловского потока расширения.

В 1999 г., через 70 лет после после первой космологической публикации Хаббла, вопрос был вновь остро поставлен Аланом Сэндиджем. Согласно Сэндиджу, космологическое расширение с хаббловским законом скорости прослеживается уже начиная с расстояний всего в 1,5-2 Мпк от нас. Общая же картина расширения выглядит так, что космологический поток, начинаясь вблизи нас, простирается далее чуть не до горизонта мира. При этом темп расширения, даваемый постоянной Хаббла. остается везде практически одинаковым — в пределах точности наблюдений (которая не лучше 10^-15%). Отсюда еще один вопрос: почему и локальный, и глобальный потоки расширения имеют практически один и тот же темп?

Сэндидж не дает ответа на эти вопросы; в 1999 г. он говорит, что загадка местного хаббловского потока так и остается неразгаданной.