Так называют весь обозримый мир, изучаемый как единое целое. До 1924 года существование других галактик не било доказано, его лишь предполагали. После того, как Эдвин Хаббл при помощи самого большого в то время телескопа с диаметром зеркала 2,5 м обнаружил в галактике М31 (так обозначают туманность Андромеды) рис. 37, переменные звезды - цефеиды, сомнения в звездной природе объекта М31 отпали. К настоящему времени установлено, что число доступных наблюдению галактик, во всяком случае, не меньше миллиарда. Самые далекие из них находится на расстояниях около 12 млрд. световых лет. Их наблюдаемый теперь свет был испущен задолго до появления Земли.
В состав Метагалактики входят галактики и квазары, образующие группы и скопления. Всё пространство Метагалактики (часто называемой Вселенной) пронизано излучениями. Это, во-первых, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение галактик и квазаров, а также потоки нейтрино, и, во-вторых, реликтовое микроволновое и нейтринное излучения, возникновение которых связывают с Большим взрывом, положившим начало Метагалактики.
Одно время полагали, что пространственное распределение галактик имеет ячеистый вид (первоначально сгущения галактик в стенках “ячеек” называли сверхскоплениями). Однако, скорее всего, клочковатая структура наблюдаемой Метагалактики - результат совместного действия двух факторов: 1 - случайных флуктуаций (колебаний) в распределении чисел групп и скоплений галактик в равных объёмах пространства и 2 - клочковатой структуры межзвёздного поглощающего вещества нашей Галактики. В отличие от звезд, изображения галактик на фотопластинках имеют низкую поверхностную яркость. Поэтому даже незначительное межзвёздное ослабление света (в газопылевых облаках) приводит к существенному искажению картины видимого распределения галактик даже вдали от Млечного Пути.
Если в Метагалактике выделять равные кубические объёмы с длиной ребра куба порядка 300 млн. световых лет, то число галактик внутри таких объемов окажется одинаковым в пределах случайных колебаний. Это свойство Метагалактики называют ее однородностью, предполагая дополнительно, что все характеристики вещества и излучения в этих объемах тоже одинаковы. В основе построения теоретических моделей Метагалактики лежит космологический принцип - предположение, что Вселенная однородна и изотропна. (Изотропность означает одинаковость свойств материи по всем направлениям).
Свойства галактик частично рассматривались выше на примере Галактики. Следует добавить, что кроме спиральных галактик существуют еще эллиптические (названные так по их виду в проекции на фотопластинку), в которых нет спиралей и, как правило, отсутствует пыль. Наконец, существует класс многочисленных неправильных галактик - относительно небольших размеров и неправильной формы (пример - Малое Магелланово Облако).
Квазары, упомянутые выше при перечислении известных видов объектов Метагалактики, вероятно являются ядрами зарождающихся галактик. Бурные процессы в этих ядрах сопровождаются излучением электромагнитной энергии в десятки и сотни раз более мощным, чем от самых больших “зрелых” галактик. Первоначально квазары были обнаружены как радиоисточники ничтожно малых угловых размеров. В оптической области спектра квазар выглядит белой звездочкой. Ни один квазар нельзя увидеть невооружённым глазом. Ещё одно свойство квазаров - все они удаляются от нас (в каком бы направлении не наблюдались) со скоростями в десятки и сотни тысяч километров в секунду.
Скопления галактик содержат сотни членов, группа - несколько десятков. Наша Галактика вместе с галактикой М31 (на расстоянии в два миллиона световых лет) входит в Местную группу галактик, включающую ещё три десятка сравнительно небольших галактик.
В 1929 году был опубликован закон Хаббла, согласно которому все галактики (за исключением нескольких самых близких) удаляются от нас: Vg=Hr . Здесь g - лучевая скорость в км/с (см. Гл.VII), - расстояние, выраженное в мегапарсеках (мегапарсек равен 3,1x1019 км) и H=75 - постоянная, называемая постоянной Хаббла.
На рис.38 показано сечение Метагалактики плоскостью, проходящей через наблюдателя О. Скопления галактик изображены точками, длины стрелок пропорциональны скоростям скоплений относительно точки О (в ней находится наблюдатель, измеряющий скорости).
Этот рисунок не следует понимать так, что скопления, удаляясь от точки О, увеличивают свои скорости. Правильнее будет считать, что в точке О произошел взрыв и те объекты, которые получили большие скорости, успели удалиться от точки взрыва на большие расстояния. Скорости же почти не меняются. Спустя некоторое время те скопления, которое находятся на окружности 1, окажутся на окружности 2, принеся туда свои скорости. За то же время, скопления, находившиеся на окружности 2, попадут на окружность 3, так что и там скорости окажутся меньшими, чем на рис.38.
Судьба расширения Метагалактики зависит от средней плотности материи. Если она меньше некоторого критического значения, то гравитационное взаимодействие между скоплениями галактик не остановит расширение и оно не сменится сжатием. При плотности, большей критического значения, Метагалактика то сжимается, то снова расширяется. Данные наблюдений пока не позволяют сделать уверенный выбор между этими вариантами. Однако при исследовании скоростей галактик в скоплениях выясняется, что значения скоростей превосходят тот предел, при котором скоплению уже грозит быстрый распад. Следовательно, либо скопления галактик действительно распадаются (но тогда неясно, почему они не успели уже это сделать), либо там присутствуют какие-то скрытые, не наблюдаемые в оптической области спектра, массы. Допустив наличие таких масс, можно получить значение средней плотности Метагалактики примерно равное критическому. Однако существует ещё и третья возможность: члены скопления с наибольшими скоростями относительно его центра на самом деле скоплению не принадлежат и лишь случайно проецируются на него. Исключить такую возможность непросто, так как расстояния до галактик определяются с большими ошибками.
Самые далекие скопления движутся со скоростями, близкими к скорости света. Следствием этого (и эффекта Доплера) является наблюдаемое увеличение длины волны излучения. Далёкие галактики краснеют и тускнеют. Более того, с точки зрения земного наблюдателя замедляются все происходящие там физические процессы. Но точно так же выглядит и наша звёздная система (Галактика) с точки зрения жителей тех далеких галактик. Наконец, на еще больших взаимных расстояниях, определяющих так называемый “горизонт событий”, объекты оказываются недоступными для их взаимных наблюдений. Виною тому является скорость взаимного удаления, близкая к скорости света.
Время начала расширения можно грубо оценить, используя закон Хаббла. Как видно из рис.39, любая галактика, удаляющаяся от нашей со скоростью преодолеет расстояние за время, равное r/Vr.
Заменив величину Vr произведением Hr, после сокращения найдем, что искомое время равно 1/H. Ввиду того, что ответ не зависит от расстояния r, можно сделать вывод, что вещество, из которого сформировались скопления галактик, было выброшено из одного и того же места одновременно. Это произошло около 15-20 млрд. лет назад (“возраст Вселенной”).
Напрашивающийся вывод, что наша Галактика находится в центре Метагалактики, раз от нее разбегаются во все стороны скопления галактик, неверен. Можно доказать, что закон Хаббла справедлив для наблюдателя, расположенного в любой точке Метагалактики.
Неопределенность “возраста Вселенной” отчасти связана с ошибками в определении значения постоянной Хаббла. Более серьезным источником неопределённости является отсутствие экспериментальных данных о поведении свободного фотона на протяжении многих миллионов лет (столько времени требуется излучению, испущенному далекой галактикой, чтобы достичь земного наблюдателя). Если фотон за это время теряет часть своей энергии (например, при взаимодействии с окружающими физическими полями), то “красное смещение в спектрах галактик, по крайней мере, отчасти имеет не доплеровскую природу. Тогда “возраст Вселенной”, приведенный выше, окажется заниженным. Он может составить и 30, и 50 млрд. лет.
Является ли Метагалактика единственной в мироздании, или же она - представительница многочисленного класса объектов, пока неясно.
До сих пор остаются неизвестными даже сами размеры Метагалактики. Первая нестационарная модель Метагалактики принадлежит русскому физику и математику Александру Александровичу Фридману.