Десять лет назад ученые обнаружили, что Вселенная расширяется с ускорением и,
благодаря невидимой энергии, будет расширяться всегда. Сол Перлмуттер надеется, что новые наблюдения вскоре приоткроют тайну этой темной стороны
Вселенной.
|
Обнаружение ускорения в расширении Вселенной - одно из самых удивительных открытий в истории космологии. Но, по мнению
известного астрофизика, это может быть и неверная интерпретация наблюдений. Пока не ясно, станет ли именно ускорение важнейшим пунктом разгадки. 'Это
может оказаться и что-то совсем неожиданное, но похожее на ускорение', - считает Сол Перлмуттер (Saul Perlmutter), руководитель проекта '
Сверхновые
для космологии' (Supernova Cosmology Project, SCP), который в 1998 г. опубликовал фактическое свидетельство происходящего. Будучи экспериментатором,
48-летний Перлмуттер планирует новые наблюдения: 'Не о чем говорить, пока мы не получим новые данные'.
Перлмуттер рассуждает о странностях космоса в своем кабинете в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли, расположенной на холмах к западу от залива
Сан-Франциско. Здесь много компьютерных экранов, папок с бумагами и исписанная уравнениями доска, которой мог бы гордиться и сам Эйнштейн. А живописный
вид, открывающийся на Золотые ворота, помогает ученому настроиться на возвышенный лад. Прошло десять лет с того момента, как научное сообщество узнало
об удивительном открытии группы Перлмуттера и Группы поиска далеких
сверхновых под руководством Брайана Шмидта (Brian Schmidt) из Национального
университета Австралии, проводившей свои независимые исследования. Первым их данные проанализировал Адам Рисс (Adam Riess) из Института космического
телескопа. Ученые обнаружили, что космос не просто расширяется, но по неизвестной причине расширяется с ускорением.
|
Сол Перлмуттер
 Новый космос. Его проект 'Сверхновые для космологии' показал, что расширение Вселенной ускоряется - результат, ошеломивший теоретиков. Практически одновременно к такому же заключению пришла и другая группа ученых. (Перлмуттер стоит перед моделью спутника 'Изучение ускорения по сверхновым'; в этом проекте он ведущий ученый.)
Темные времена. Согласно полученным ранее данным, только 5% Вселенной состоят из обычного вещества; а остальное - это темное вещество (23%) и антигравитационная сила, названная темной энергией (72%).
|
|
РАСШИРЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ И ТЕМНАЯ ЭНЕРГИЯ
|
Чтобы произошло данное открытие, потребовались годы работы над новыми методами решения задачи. Ключом стали
сверхновые звезды типа Iа. Вспышки таких
сверхновых схожи между собой: увеличение блеска происходит на определенную величину, а ослабление предсказуемо во времени. Поэтому астрономы могут
использовать такие вспышки в качестве 'стандартных свечей' и определять их расстояние от Земли. В 1980-х гг. Перлмуттер работал с Карлом Пеннипекером
(Carl Pennypacker) из Калифорнийского университета в Беркли над автоматическим поиском
сверхновых на близких расстояниях. Тогда эта область деятельности
была настолько неразвита, что их основным соперником стал австралийский любитель астрономии Роберт Эванс (Robert Evans), наблюдавший
сверхновые в небольшой
домашний телескоп.
Вначале группе Перлмуттера было трудно получить на телескопе наблюдательное время, которого всегда не хватает астрономам. Как могли члены группы убедить
комитет по распределению времени позволить им искать вспышки
сверхновых, которые еще не произошли? Поэтому они разработали методы прогноза и автоматического
поиска
сверхновых в заданной области неба. Но для изучения динамики Вселенной, которая, как тогда считалось, замедляет свое расширение под действием
вещества, потребовались длительные наблюдения, чтобы прослеживать изменение блеска каждой
сверхновой в течение нескольких недель. Каждый час или два
Перлмуттер наседал на коллег, посылая им короткие письма и неистово обзванивая обсерватории по всему миру в любое время суток. 'Знакомые считали, что я
сошел с ума, - вспоминает он. - Я испытывал постоянное беспокойство от мысли о том, что в ближайшие сутки или даже часы должно было произойти нечто важное'.
Его настойчивость была вознаграждена. Наблюдения далеких
сверхновых типа Iа показали, что их блеск слабее, чем предполагалось. Исключив возможность влияния
межгалактической пыли, собрав и тщательно проанализировав данные с телескопов по всему миру (и на орбите), через несколько лет группа Перлмуттера пришла к
невероятному выводу: Вселенная не только расширяется, обнаружил еще Эдвин Хаббл в 1929 г., но скорость этого расширения постоянно возрастает. По-видимому,
Вселенную расталкивает какая-то неизвестная сила с отрицательным давлением - темная энергия.
Предпринятые через пару лет баллонные наблюдения космического микроволнового фона показали, что пространство Вселенной плоское. Оно было растянуто сразу
после Большого взрыва в ходе экспоненциального расширения, называемого инфляцией. Объединив результаты наблюдений микроволнового фона и
сверхновых, ученые
смогли вычислить по отдельности плотность темной энергии и плотность вещества во Вселенной. Итак, данное открытие выявило одну из главных загадок
Вселенной: что же такое темная энергия? Самым простым решением было предположить, что это знаменитая эйнштейновская 'космологическая постоянная' - энергия,
пронизывающая пространство, но не взаимодействующая с материей. Сейчас астрономы уже детально изучили такую возможность. Если предположение верно, то
Вселенная на 72% состоит из антигравитирующей темной энергии, на 23% из темного вещества (невидимого и неощутимого, но вызывающего гравитацию) и на 5% из
нормального вещества (протонов, нейтронов и электронов). Тогда мы - лишь малая часть сущего, окруженная неведомым.
'Возможно, существует большая часть реальности, которую мы абсолютно не понимаем', - предполагает астроном Кристофер Стаббс (Chrispopher Stubbs) из
Гарвардского университета, который сравнивает новую картину Вселенной с 'плохим эпизодом из сериала 'Звездный путь''. Физик Стивен Вейнберг (Steven
Weinberg) из Техасского университета в Остине придерживается точки зрения, что это 'кость в горле теоретической физики'.
Для объяснения ускоряющейся Вселенной использовались все методы за исключением разве что волшебства. За последние годы физики расширили свои исследования
вакуумной энергии, привлекая всевозможные модификации общей теории относительности, бесспиновые энергетические поля, изменяющиеся в пространстве и времени,
массивные гравитоны, миры на бране и дополнительные измерения. 'Все это так интересно, что каждый из нас готов переписывать учебники', - замечает космолог
Эрик Линдер (Eric Linder) из Калифорнийского университета в Беркли. Гипотетическое отталкивающее поле темной энергии может не выжить до окончательного
решения проблемы.
|
|
Сверхновая SNLS-03D4ag вспыхнула 3 миллиарда лет назад. Ее светимость в 100 миллиардов раз больше солнечной, однако ее видимый блеск (22m) в 25 тысяч раз
меньше, чем у яркой голубой звезды (11m) в левой части снимка. В свою очередь, эта звезда в 100 раз слабее самых слабых звезд, различимых невооруженным
глазом (6m). Иллюстрация с сайта www.cfht.hawaii.edu
|
|
РАСШИРЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ И ТЕМНАЯ ЭНЕРГИЯ
|
'Теоретики сейчас действительно запутались, - говорит Перлмуттер. - Но для экспериментатора это может служить стимулом к работе: перед нами загадка, и мы
видим пути ее решения'. Новые телескопы и спутники для исследования все более далеких (а значит, все более древних) частей Вселенной окажут здесь
неоценимую помощь.
С помощью наземных наблюдений сейчас изучаются сотни вспышек
сверхновых типа Iа (тогда как Перлмуттер и Шмидт имели их около 60), что позволит найти связь
между давлением и плотностью Вселенной. В галактике наподобие Млечного Пути каждые несколько сотен лет вспыхивает одна
сверхновая типа Iа, но ее блеск
ослабевает за несколько недель, что затрудняет изучение. Скоро будет запущен спутник 'Планк' для наблюдения космического фона, который даст детальные
характеристики расширения Вселенной. Поклонники темной энергии проявляют особенный интерес к проекту 'Экспедиция за темной энергией'. В настоящее время он
находится в стадии разработки; запуск спутника запланирован на 2014 г. На спутнике будет установлен прибор, способный обнаруживать тысячи
сверхновых в год,
и при этом по точности он обещает превзойти все применявшиеся ранее приборы. Вероятным кандидатом на запуск считают зонд 'Изучение ускорения по
сверхновым'
(SuperNova Acceleration Probe, SNAP). Научный руководитель программы - Перлмуттер, главный теоретик - Линдер. На зонде будет двухметровый телескоп с
гигапиксельной камерой.
Открытие космического ускорения несомненно будет отмечено Нобелевской премией, и уже давно идут споры о том, кто получит награду. Группа Перлмуттера
объявила об открытии первой, но группа Шмидта опередила ее в публикации. Перлмуттер и Шмидт разделили четверть Космологической премии Грубера за 2007 г.,
а остальную часть премии поделили между членами обеих групп. Общительный и словоохотливый Перлмуттер объясняет свой успех способностью заряжать энергией
и интересом других исследователей, привлекая их в свою группу. Как скрипач-любитель и преподаватель физики и музыки он любит приводить аналогию с
оркестром: 'Невозможно недооценить те столь важные и редкие моменты, когда группа людей творчески настроена на один лад'.
