Семен А. Николаев Россия, Санкт-Петербург Сентябрь 2, 2010

О ГОРИЗОНТАХ ВИДИМОСТИ ВСЕЛЕННОЙ
Семен А. Николаев
Россия, Санкт-Петербург
Сентябрь 2, 2010
“Современная физика затрудняется объяснить фотометрический парадокс Шезо-Ольберса.
Почему ночью темно, если повсюду в бесконечном пространстве бесконечной Вселенной имеются
излучающие звёзды и вся поверхность неба должна быть ослепительно яркой”.
Никакого парадокса нет, а есть несколько причин связанных с этим, в том числе и то, что
наблюдения производятся только в видимом диапазоне электромагнитных волн.
Все космические объекты находятся на разных расстояниях от наблюдателя.
Одни объекты затеняют другие.
Первая причина – это тёмное (несветящееся) вещество, которое затеняет собой светящиеся
объекты. Тёмное вещество может представлять собой: водородные облака, потухшие звёзды вместе
со своими планетами и кометами, звёзды после очередного эволюционного взрыва с выброшенным в
пространство веществом, которое наблюдается в виде непрозрачных туманностей, нейтронные
звёзды, потухшие галактики и “чёрные дыры”. Тёмного вещества во Вселенной больше, чем
светящегося, но в той пропорции, которая существует в природе (точных данных нет), а не в той, о
которой не очень обоснованно пишут.
Вторая причина связана с мощностью излучения звёзд в видимом диапазоне электромагнитных
волн. Например, светящаяся звезда находится по сравнению с другими на более близком расстоянии,
а увидеть её можно только в мощный телескоп. Это объясняется тем, что яркость светящихся
объектов (звёзд и галактик) убывает с квадратом расстояния. Яркость связана с плотностью потоков
фотонов. С расстоянием объём в телесном угле, в котором распространяются потоки фотонов,
увеличивается и, соответственно, плотности потоков уменьшаются. А на каком-то расстоянии потоки
фотонов от неярких звёзд вовсе исчезают и тогда объект, не увидеть ни в какой телескоп.
Третья причина – это чувствительность человеческого глаза, которая имеет определённое
численное значение порога.
Четвёртая причина может повлиять даже тогда, когда расстояния очень большие, а мощности
излучения достаточно, чтобы потоки фотонов достигли наблюдателя. Но всё происходит в видимом
диапазоне электромагнитных волн. А он не велик и занимает всего участок от 380нм до 760нм. На
этом участке длина волны увеличивается в два раза, другие характеристики частота, энергия и масса
фотонов уменьшаются в два раза.
Вне этого участка наше зрение не видит.
Сколько времени будет лететь фотон, и какое расстояние он преодолеет, чтобы все его
характеристики изменились в два раза? Время полёта будет 13млрд. лет, а расстояние 13млрд.св. лет.
Принято смещение линий спектра обозначать через показатель красного смещения  
2  1
.
1
Если длина волны увеличилась в два раза 2  21 , то   1 . Получается, если фотоны излучились с
длиной волны   380нм , то через 13 млрд. лет полёта они станут с длиной волны   780нм .
С более дальнего расстояния фотоны уже будут невидимы.
Это и есть горизонт видимости Вселенной в видимом диапазоне электромагнитных волн.
Таким образом, тёмное вещество, которое затеняет, разная светимость звёзд, различные
расстояния до звёзд, горизонт видимости в видимом диапазоне электромагнитных волн, а также
пороговая чувствительность человеческого глаза, делают ночное небо для нас таким, каким мы его
наблюдаем.
Как далеко мы можем заглянуть в космическое пространство и что там можем увидеть?
Какова наблюдаемая часть Вселенной?
Возможная дальность наблюдения зависит от применяемого астрономами оборудования,
условий его эксплуатации, а также от частотного диапазона и мощности исследуемого излучения.
С увеличением расстояния наблюдаться будут объекты с более мощным излучением. Поэтому
среди очень далёких объектов наблюдаемыми останутся лишь явления с мощными вспышками
излучения.
1
Невооружённым глазом человек видит звёзды до шестой звёздной величины включительно. В
безлунную зимнюю ночь можно увидеть около 6000 звёзд.
Визуально наблюдать объекты Вселенной можно линзовыми и зеркальными телескопами.
Дальности наблюдений в данном случае ограничиваются двумя факторами:
— смещение спектральных линий от космологического красного смещения в инфракрасную
невидимую часть спектра;
— уменьшение блеска до величин, невозможных для регистрации и наблюдений.
За пределами нашей галактики отдельные звёзды не наблюдаются, только галактики в виде
туманностей. Например, галактика Туманность Андромеды. В других галактиках в оптическом
диапазоне можно наблюдать вспышки отдельных звёзд (так называемые вспышки новых и
сверхновых звёзд). На самом деле это эволюционные взрывы звёзд. Мощность вспышки зависит от
массы и спектрального класса звезды. Чем моложе звезда и больше её масса, тем интенсивнее будет
излучение при вспышке. Если не вспышка, то плотности потока фотонов не хватит, и объект будет,
не видим. В нашей галактике, например, взрывы новых и сверхновых происходят, как считают,
каждые 20 – 100 лет. Выглядит это приблизительно так. Для новых и сверхновых звёзд характерно
быстрое увеличение блеска (на 6-13 звёздных величин), яркое состояние держится несколько суток,
после чего начинается спад, длящийся обычно несколько недель. Считают, что мощность излучения
новых и сверхновых приблизительно 1030  1035 Вт и более. В дальнейшем вокруг звезды
наблюдается газовая оболочка. Массы оболочек оцениваются 10 25  10 26 кг. Всё это свидетельствует
о том, что произошёл взрыв.
Таким образом, в оптическом диапазоне (его считают от 300 до 900нм) мы можем наблюдать
звёзды и галактики на расстояниях до 13 – 18 млрд.св. лет.
Более удалённые объекты могут наблюдаться при мощных вспышках излучения, но в других
частотных диапазонах электромагнитных волн.
Такие вспышки излучения существуют.
Начнём с рентгеновского диапазона излучения. Мощные вспышки происходят при превращении
нейтронной звезды в “чёрную дыру”. Этот процесс можно регистрировать только в жёстком
рентгеновском диапазоне.
Мощность будет зависеть от массы нейтронной звезды.
Частота таких событий для галактики 1 раз в 200 – 500 лет и зависит от возраста галактики и общего
количества массивных звёзд. Такое событие очень опасно для жизни на нашей планете, если оно
произойдёт относительно близко от нас.
Вспышки мощного рентгеновского излучения также происходят при поглощении “чёрной
дырой” окружающего вещества. Особенно оно будет более стабильным и мощным, если это
центральная “чёрная дыра” галактики.
Примером очень большой дальности регистрации объекта в рентгеновском диапазоне может
служить объект SDSS 1044-0125, для которого космологическое красное смещение линий спектра Z =
5,8. Это очень преувеличено. Это расстояние 13  5,8  75,4 млрд. св. лет.
Конечно, заглянуть в просторы Вселенной можно и дальше. Но для этого нужны ещё более
мощные вспышки излучения. Такие вспышки излучения имеются в радиодиапазоне. Вспышками с
самой большой мощностью излучения обладают квазары (взрывы “чёрных дыр”). Излучение
происходит в радиодиапазоне. Мощность излучения более 1040 Вт и зависит от возраста и массы
квазара (будущей светящейся галактики). Длительность таких процессов пока не изучена. Вероятно,
мощность радиоизлучения от разлетающегося вещества из “чёрной дыры” будет спадать в течение
тысяч, а может быть, и многих миллионов лет. Частота рождения квазаров (взрывов “чёрных дыр”,
будущих галактик) зависит от радиуса сферы доступной для наблюдений. Это, конечно, самые
редкие события во Вселенной. Самым ярким объектом пока считают квазар S50014+81 (SS0014+81),
его яркость в 100000 раз больше яркости обычной галактики. Самым дальним квазаром пока считают
квазар с космологическим красным смещением Z=6,2. Это расстояние 13  6,2  80,6 млрд.св. лет.
Таким образом, существует несколько горизонтов. Один в оптическом диапазоне — визуальное
наблюдение, другой в рентгеновском диапазоне, невидимый, но регистрируемый. И, наконец, в
радиодиапазоне, также невидимый, но регистрируемый.
Используемые источники:
1. Николаев С.А. “Эволюционный круговорот материи во Вселенной”. 5-ое издание,
СПб, 2009 г., 304 с.
2