Краткая история астрономии. Том 11. Темная материя

Глава 11-1-18
Нобелевская премия Джима Пиблса

Джеймс Пиблс, который вместе с Яковом Зельдовичем заложил основы теоретической космологии. В настоящее время космологи довольно много знают о строении и истории Вселенной — в частности, физики могут рассчитать возраст Вселенной и проследить ее эволюцию вплоть до Большого взрыва, примерно назвать время, когда сформировались первые звезды и галактики. Однако так было далеко не всегда — долгое время космология оставалась чисто теоретической наукой, которую было очень сложно проверить с помощью прямых измерений.

Джеймс Пиблс (с соавторами) теоретически предсказал ряд эффектов, которые указали астрономам верное направление поисков и впоследствии помогли подтвердить верность физических принципов, положенных в основу космологии.

В основном предсказания Джеймса Пиблза были посвящены спектру реликтового излучения — одного из немногих объектов, которые напрямую связаны с ранней эпохой жизни Вселенной. Вообще говоря, реликтовое излучение было теоретически предсказано в 1948 году, а в 1965 году его случайно зарегистрировали Арно Пензиас и Роберт Вильсон, которые впоследствии получили за это открытие Нобелевскую премию по физике.

Однако предсказания Пиблса связаны не с фактом существования реликтового излучения, а с его свойствами. Во-первых, нобелевский лауреат показал, что реликтовое излучение играет важную роль в формировании галактик. Во-вторых, Пиблс рассчитал спектр флуктуаций реликтового излучения — в частности, оценил, как излучение будет выглядеть, если добавить к обычной материи холодную темную материю, и показал, что в такой модели относительная амплитуда колебаний температуры излучения находится на уровне 5×10⁻⁶. В-третьих, физик добавил в модель темную энергию с отрицательной плотностью и снова пересчитал спектр излучения. Кроме того, Пиблс изучил, как введенные им гипотетические сущности сказываются на эволюции Вселенной в целом и формировании галактик в частности.

Впоследствии все эти предсказания были подтверждены спутниками COBE, WMAP и Planck. Именно благодаря расчетам космологов и измерениям спутников мы знаем, что Вселенная на 5 процентов состоит из обычной материи, на 26 процентов из темной материи и на 69 процентов из темной энергии.