 |
Астронет: А. Д. Чернин/ГАИШ Темная энергия вблизи нас http://variable-stars.ru/db/msg/1210535/node6.html |
5. Плотность темной энергии
Темную энергию открыли в наблюдениях далеких вспышек сверхновых звезд. Из-за их исключительной яркости, сверхновые можно наблюдать на очень больших, по-настоящему космологических расстояниях. Опуская другие детали, скажем, что использовались данные о сверхновых определенного типа (Ia), которые принято считать "стандартными свечами"; их собственная светимость в максимуме блеска действительно лежит в довольно узких пределах (эксперты по сверхновым продолжают между тем спорить, в каких именно). Это позволяет проследить, как видимая, регистрируемая яркость источников зависит от расстояния до них. Конечно, на небольших расстояниях это классический закон обратных квадратов; но на очень большом удалении источников становятся существенными космологические эффекты, и, значит, характер этой зависимости позволяет в принципе узнать нечто новое о всей Вселенной.
Одно плохо со сверхновыми - этих звезд очень мало. В среднем на обычную галактику приходится одна-две вспышки сверхновых за примерно сто лет, да и длится эта вспышка всего несколько месяцев, а то и недель. Поэтому статистика космологических сверхновых не очень пока богата.
Первая группа наблюдателей, сообщившая о своих результатах в 1998 г., располагала данными о всего об одном-двух десятках сверхновых нужного типа на нужных расстояниях; но уже и этого было достаточно, чтобы заметить космологический эффект в законе убывания видимой яркости с расстоянием. Оказалось, что убывание яркости происходит несколько быстрее, в среднем, чем этого следовало бы ожидать по космологической теории, которая до того считалась стандартной. Но это возможно тогда (и, как все сейчас думают, только тогда), когда космологическое расширение происходит с ускорением, т.е. когда скорость удаления от нас источника света не убывает, а возрастает со временем.
Именно благодаря этому эффекту ускорения и удалось распознать темную энергию и даже весьма точно измерить ее плотность. Оказалось, что плотность вакуума
если выразить ее в единицах плотности массы г/см3.
Эта плотность заметно больше плотности других видов космического вещества и энергии. Темная энергия составляет приблизительно 70 процентов от полной энергии (или массы) Вселенной. Второй по величине вклад в энергию/массу Вселенной вносит темное вещество, или темная материя - на нее приходится 25 процентов. Темную материю не нужно путать с темной энергией. Это совершенно разные вещи, хотя темная материя несомненна темна, и притом в тех же двух смыслах (см. выше), что и темная энергия. Но определенно известно, что темная материя состоит из нерелятивистских частиц, то есть частиц, движущихся со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света. Но что это за частицы неизвестно. Можно лишь утверждать, что это не те "обычные" частицы, из которых состоят окружающие нас предметы, а также планеты, звезды (и мы сами); то есть это не протоны, не нейтроны и не электроны. Фундаментальная физика может предложить на роль частиц темной материи только гипотетические частицы, которые никогда еще не наблюдались в лаборатории. Они должны быть, скорее всего, массивными - в 100-1000 раз массивнее протона. Они не должны обладать электрическим зарядом и вообще не участвовать в электромагнитном взаимодействии. Они не должны также участвовать и в сильном ядерном взаимодействии; им разрешено только слабое ядерное взаимодействие (ответственное, например, за бета-распад атомных ядер) и, конечно, гравитационное. На обычное вещество из протонов, нейтронов и электронов приходится 4 процента полной энергии/массы Вселенной, а вклад реликтового излучения меньше одного процента.
Суммарная плотность вакуума и трех других компонент космической среды точно (или почти точно) равна так называемой критической плотности:
(в тех же единицах г/см3). Такое совпадение полной и критической плотностей означает, согласно теории Фридмана, что трехмерное сопутствующее веществу пространство расширяющейся Вселенной является плоским, евклидовым (или очень близким к нему).
Все эти данные были подтверждены позднее другими астрономическими наблюдениями, в частности, независимыми исследованиями реликтового излучения, выполненными на американском космическом аппарате WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Это важное обстоятельство. Оно, однако, не означает, что наблюдательная сторона дела достигла полной и окончательной определенности. Исследования продолжаются, идет прежде всего накопление данных о сверхновых звездах. К началу 2006 г. число этих звезд на нужных расстояниях превысило сотню. Но и этого все еще недостаточно для уверенных выводов, касающихся, например, уравнения состояния темной энергии. Как считают специалисты, для задач такого рода требуется не сотня, а скорее тысяча сверхновых. Возможно, этот рубеж будет достигнут к концу нынешнего десятилетия. Кроме того, в ряде существенных уточнений нуждается и теория вспышек сверхновых, которая используется для интерпретации наблюдательных данных. Речь идет, например, о тонких особенностях термоядерных реакций, протекающих при вспышке сверхновой; здесь нужны более детальные сведения о физике этих реакций и многое будет зависеть от дальнейшего продвижения в фундаментальных экспериментальных и теоретических ядерных исследованиях.
<< 4. Темная энергия | Оглавление | 6. Всемирное антитяготение >>