Юный техник, 2003 № 09

НОВОСТИ НАУКИ Времена Магеллана наступили и в астрономии

Столпы созидания — так назвали астрономы облака звездной материи, из которой когда-нибудь, возможно, образуются новые галактики.

Во многих учебниках сказано, что наша Вселенная возникла в результате Большого взрыва. Считается, что когда-то Вселенная была очень маленькой, горячей и плотной. После Большого взрыва она стала быстро расширяться, температура мгновенно понизилась на 10 млрд. градусов. Когда же материя остыла до температуры 3300 градусов, электроны стали соединяться с ядрами водорода и гелия, образуя первые атомы. Произошло рассредоточение космического облака, и впервые Вселенная стала прозрачной для света.

Затем, примерно через миллиард лет после Большого взрыва, начали образовываться первые галактики, звезды и другие небесные тела. Нынешний же возраст Вселенной астрофизики оценивают в 12–15 млрд. лет.

Такова схема. Однако, если вдуматься, гипотеза о Большом взрыве является чисто теоретической конструкцией.

При этом вопрос о том, что было до Большого взрыва, относят чаще к области философии и религии, чем космологии. Физики же зачастую вовсе отказываются говорить о событиях, предшествовавших Большому взрыву. «Если перед взрывом не было ни времени, ни пространства, тогда нечего и спрашивать, что же было до «этого», — отмахиваются они.

Получается, что научные знания, которыми мы сегодня располагаем, не позволяют нам ни проникнуть в то самое мгновение, которое стало точкой отсчета, ни уловить ту долю секунды, которая была до «нуля» мироздания. Иначе говоря, исследователи не в состоянии объяснить, что произошло в момент между Большим взрывом и долей секунды до него, не могут создать достоверную теорию происхождения Вселенной.

В итоге, кроме вышеуказанной, стали развиваться и альтернативные космологические модели. Наиболее известная из них — теория Стационарной Вселенной, предполагающая, что мир вокруг нас всегда был таким, каким мы его видим. И все изменения в нем носят некий периодический характер.

Однако и такая теория устраивает далеко не всех. Ведь на основании повседневного опыта мы знаем: любой процесс вокруг нас имеет свое начало и свой конец…

И вот в 2002 году астрофизик Государственного университета Нью-Йорка Кеннет Ланцетт на основании анализа данных, полученных в результате наблюдений за зонами «глубокого космоса», сделал вывод о том, что процесс формирования звезд начался гораздо раньше Большого взрыва. И проходил он столь стремительно, что сам стал начальной стадией формирования Вселенной.

Таким образом, то, что, согласно теории Большого взрыва, было следствием, Ланцетт назвал первопричиной возникновения Вселенной.

Еще одна проблема, которая давно волнует астрофизиков и астрономов, касается строения самой Вселенной. Когда она стала расширяться, то, по мнению некоторых теоретиков, происходило это отнюдь не равномерно. В некоторых местах образовались скопления материи, которые теоретики назвали «космическими суперструнами».

Полагают, что это своеобразные складки пространства, плотность которых столь велика, что участок такой струны длиной около километра обладает массой, превышающей земную. Однако до сих пор никому не удавалось заметить в космическом пространстве ничего похожего на подобную «суперструну». А потому и само их существование оставалось под вопросом.

И вот недавно в одном из ведущих астрономических журналов Европы Monthly Notices of fhe Royal Astronomical Society опубликована статья группы российских и итальянских астрономов под руководством профессора МГУ Михаила Сажина, обещающая явить миру научную сенсацию. Согласно уверениям астрофизиков, им, возможно, удалось обнаружить первую такую «струну».

Открытие сделано в обсерватории Чили. Итальянские и российские ученые проводили там обзор неба для выявления так называемых «гравитационных линз». Эти объекты можно засечь по двойным изображениям далеких галактик, которые появляются за счет того, что на пути лучей света попадаются тела, искривляющие пространство.

Группа профессора Сажина зарегистрировала четыре таких образования.

Однако один из объектов, которому дан номер CSL-1, не вписывался в общую схему «двойного линзирования». Почему-то изображение небесного «двойника» оказалось не искаженным, как это бывает в подобных случаях, а сам линзирующий объект вообще обнаружен не был. Что за таинственное «зеркало» тогда дало вторичное изображение?

Астрономы предположили, что имеют дело именно с космической «суперструной». «Раз уж струна состоит из столь плотной материи, — полагают астрофизики, — то и поле ее тяготения может быть столь велико, что «линза» превратилась в «зеркало».

Так это или нет, еще предстоит выяснить в ходе последующих наблюдений. Но уже сейчас теоретики выдвинули следующее предположение. Поскольку «пространство-время» вблизи «струн» сильно искривлено, то в таких областях возможны нарушения привычных нам законов. Здесь можно осуществить, например, моментальный перелет в любую точку Вселенной, путешествие в прошлое или будущее, а то и вообще в параллельные миры…

Примерно так могла выглядеть Вселенная в начальную пору своего существования.

И наконец, еще одна проблема, которая занимает ученые умы, состоит в определении судьбы Вселенной. Согласно имеющимся ныне концепциям, в далеком грядущем возможно три варианта развития событий. Первый: наша Вселенная, однажды начав свое расширение, будет делать это бесконечно. Второй вариант: дойдя до какого-то предела, расширение приостановится, а потом пойдет обратный процесс. И в конце концов Вселенная снова схлопнется в точку, дав начало новому Большому взрыву… И третий вариант — компромиссный. Он гласит, что, конечно, когда-нибудь расширение сменится сжатием. Однако и сжатие будет идти до определенного предела, а потом снова начнется расширение. Словом, материя будет сдвигаться и раздвигаться, словно гигантские мехи некой «вселенской гармошки»…

Какой именно вариант достовернее, астрофизики могли узнать, лишь определив среднюю плотность материи во Вселенной. Затем, зная ее размеры, вычислили бы ее массу. И если эта плотность, а стало быть, и масса окажется меньше определенного критического значения, то Вселенная будет расширяться бесконечно.

Однако на практике главная трудность заключается в том, что при всем желании астрономы никогда не смогут увидеть всю материю Вселенной, а стало быть, оценить ее объем и размеры. Ведь большая ее часть — так называемая темная материя, которая взаимодействует с видимым веществом только одним способом — при помощи сил тяготения.

Поэтому о массе материи приходится судить по косвенным данным — прежде всего по числу скоплений галактик, скорости изменения их концентраций. Свет от далеких источников идет до Земли несколько миллиардов лет, поэтому в прошлое можно «заглянуть», изучая объекты, расположенные на больших расстояниях.

Таким образом, у астрофизиков возникла следующая программа исследования: пересчитать скопления галактик, узнать, на каком расстоянии от нас каждое из них находится, после чего сравнить эти данные с предсказаниями космологических моделей и выбрать ту из них, которая дает наибольшее совпадение с данными наблюдений. Ее параметры и будут соответствовать параметрам Вселенной.

И вот 33-летний сотрудник Института космических исследований РАН Алексей Вихлинин разработал методику, при помощи которой на рентгеновских изображениях неба можно отличить скопления галактик от прочих источников излучения. Затем он проанализировал архивы многолетних наблюдений германо-американского рентгеновского орбитального телескопа РОСАТ и нашел там более сорока далеких скоплений галактик.

Накопив экспериментальные данные, можно было строить соответствующую им модель. Так выяснилось, что вся известная материя — то есть видимое вещество вместе с темным — имеет среднюю плотность, составляющую примерно треть от критического значения. Это значит, что скорее всего наша Вселенная — открытая и будет расширяться бесконечно.

«В ближайшее десятилетие мы будем знать все основные параметры Вселенной, — сказал по этому поводу ведущий российский астрофизик, академик Рашид Сюняев. — Это можно сравнить со временем Магеллана. После его путешествий география не закончилась, но люди узнали, что Земля имеет форму шара, получили новое представление об окружающем их мире»…

С.НИКОЛАЕВ, научный обозреватель «ЮТ»