Вселенная — это не только наша галактика. Как малоизвестная ученая изменила космологию, изучая яркость звезд

Такая ситуация сложилась из-за того, что в начале ХХ века у ученых все еще не было возможности измерять расстояния до звезд. Астрономы видели, что звезды имеют разные уровни яркости, однако, очевидно, это не самый лучший способ измерять космические расстояния.

Это можно сравнить с обычными лампочками. Посмотрите вечером в окна дома напротив — некоторые из них будут более яркими, некоторые менее. Что это значит? Что владельцы этих квартир используют разные лампочки; однако мы понимаем, что расстояние между вашей и этими квартирами в целом одинаковое.

Чтобы научиться определять расстояние до звезд, ученым нужно было прийти к тому, что обращать внимание нужно не на собственно яркость, а искать возможности определять так называемую мощность этих объектов. Это удалось сделать американской исследовательнице Генриетте Ливитт, которая изучала переменные звезды класса цефеиды — то есть массивные звезды, меняющие свою яркость.

До исследования ученой астрономы смотрели на звезды галактики Андромеды, которая расположена примерно в 2,5 миллионах световых лет от нас, считая, что они являются частью нашей галактики. На самом же деле они были в тысячи раз удаленнее, однако у исследователей не было возможности это определить.

Тогда ученые пытались определить расстояние до звезд с помощью параллакса. Это когда исследователи изучают смещение звезды, наблюдая за ней с двух разных позиций.

Объяснить этот принцип можно просто. Вытяните руку, закройте один глаз и наведите палец на удаленный предмет. Затем закройте другой глаз. Создается впечатление, что палец изменил свое положение, несмотря на то, что это не так. Далее нужно измерить это «изменение», установить расстояние между вашими глазами — и вуаля. Вы можете вычислить расстояние до вашего пальца.

В космических масштабах это работает не так легко — вместо пальца у ученых есть звезды, а вместо глаз — орбита Земли. Измеряя изменения позиции отдельной звезды по отношению к Земле, можно посчитать расстояние до нее. Однако этот метод работает только со звездами, которые расположены относительно близко к нашей планете.

В свою очередь, Ливитт смогла придумать, как измерять расстояние до объектов, которые находятся гораздо дальше. Изучая цефеиды в Большом Магеллановом Облаке, она заметила, что эти звезды «мерцают» с разной скоростью. Все звезды в той области находятся на примерно одинаковом расстоянии от Земли, что было очень удобно для исследования. Наблюдения Ливитт показали: чем ярче звезда, тем медленнее она мерцает.

Это открытие позволило учёным установить мощность звезд. Теперь, если астрономы видят яркую звезду, которая мерцает слишком быстро, они понимают — на самом деле она расположена очень близко к Земле, а потому кажется яркой. В то же время, если они видят тусклую цефеиду, которая пульсирует медленно, это означает, что это на самом деле очень яркая звезда, которая расположена далеко от нас.

Конечно, после этого исследование космоса не стало легкой задачей. Ученым понадобилось время, чтобы уточнить этот критерий. Однако когда они это сделали, ученые поняли, что наш мир намного больше, чем просто Млечный Путь.

Через пятнадцать лет после открытия Генриетты Ливитт между выдающимися астрономами Харлоу Шепли и Гебером Кертисом началась горячая дискуссия по поводу галактики Андромеда.

Шепли придерживался привычного на то время мнения, что Андромеда была областью скопления звезд где-то далеко внутри нашей галактики (это и неудивительно, потому что тогда вся Вселенная ограничивалась Млечным Путем). Кертис считал, что это была отдельная галактика, что тогда была довольно нетрадиционной идеей.

Чтобы разрешить спор, Эдвин Хаббл искал цефеиды в Андромеде, каждую ночь фотографируя галактику. Когда он наконец нашел подходящую звезду, астроном применил формулу Ливитт, чтобы определить расстояние до нее. Подсчеты показали, что звезда находится примерно в миллионе световых лет от Земли — то есть далеко за пределами нашей галактики.

На самом деле Хаббл немного ошибся, ведь Андромеда находится в 2,5 млн световых годах от Земли. Однако даже тогда стало очевидно — Вселенная не ограничивается Млечным путем, а Андромеда — это отдельная галактика. Последующие исследования показали, что наш мир гораздо больше, в нем существуют миллиарды галактик, невероятное количество звезд, а Млечный Путь — это маленькая песчинка в масштабах космоса.

Более того, Хаббл позже понял, что галактики не просто существуют, а еще и удаляются друг от друга. Установление скорости этого процесса до сих пор считается одной из главных проблем современной космологии. Так ученые пришли также к теории Большого взрыва, ведь если галактики удаляются друг от друга — значит, когда-то они были гораздо ближе друг к другу, а до этого должна была существовать определенная точка, с которой все и началось.