Виктор Комаров - Тайны пространства и времени

Новая многообещающая идея возникла в результате совместного обсуждения упомянутой проблемы Майком Хоукинсом и специалистом по так называемым гравитационным линзам австралийкой Рэчел Вебстер. Физический эффект, на возможность которого они обратили внимание, был предсказан еще Эйнштейном. Согласно общей теории относительности, гравитационные поля должны оказывать влияние на ход световых лучей. Анализ показывает, что если на пути светового потока, идущего от какого-либо космического источника излучения, окажется компактный массивный объект, то его поле тяготения будет действовать подобно оптической линзе. В результате наблюдатель, находящийся на одной прямой линии с этими объектами, обнаружит значительное увеличение светимости источника, например, звезды или квазара.

Сопоставив имеющиеся в его распоряжении многочисленные фактические данные, М. Хоукинс пришел к заключению, что причиной многих вариаций светимости далеких квазаров могут быть именно гравитационные линзы. В частности, было замечено, что у близких квазаров вариации светимости практически не наблюдаются. Например, у самого близкого к нам квазара ЗС 273. Этот факт как раз и свидетельствует в пользу гипотезы гравитационных линз. В самом деле, для близких квазаров или других источников светового излучения, расположенных на сравнительно небольших расстояниях от Земли, пересечение луча зрения, соединяющего наблюдателя и наблюдаемый светящийся космический объект гравитационной линзой, представляет собой крайне редкое явление. Однако в тех случаях, когда объект находится на очень большом расстоянии от земного наблюдателя, вероятность того, что на луче зрения окажется гравитационная линза, значительно возрастает.

Поэтому логично предположить, что неожиданные усиления светимости близких источников, например звезд, вызваны в подавляющем большинстве случаев теми или иными физическими процессами на самой звезде – в частности, вспышками новых или сверхновых. Что же касается далеких квазаров, то их вариативность, по мнению Хоукинса, скорее всего объясняется наличием во Вселенной большого числа невидимых компактных массивных тел, играющих роль гравитационных линз, которые и составляют основную часть темной массы Вселенной.

Но что могут представлять собой эти компактные массивные объекты? Какова их природа? Ответ на этот вопрос имеет чрезвычайно важное космологическое значение. Как известно, будущее нашей Вселенной зависит от величины средней плотности материи. Если эта плотность ниже некоторого «критического» значения – Вселенная будет расширяться неограниченно. В противном же случае расширение со временем сменится сжатием. Согласно существующей теории про нахождения нашей Вселенной, на ранней стадии ее существования могло возникнуть лишь около 5% массы, необходимой для обеспечения критической плотности и состоящей из барионного вещества, то есть тех элементарных частиц, из которых состоят обычные космические объекты – планеты, звезды, туманности, галактики.

Согласно подсчетам Хоукинса, подавляющее большинство гравитационных линз обладает массами, сравнимыми с массой Юпитера. По его предположению, на той стадии эволюции Вселенной, когда кварки перестали существовать в свободном состоянии и вошли в состав атомов, могли сформироваться многочисленные черные дыры, обладающие массами, сравнимыми с массой Юпитера. И они-то и являются теми гравитационными линзами, которые вызывают наблюдаемые вариации светового излучения далеких квазаров. Иными словами, наша Вселенная содержит огромное количество сравнительно небольших черных дыр. И когда мы наблюдаем те или иные объекты, расположенные в отдаленных регионах космоса, мы, как правило, видим их «через» космические гравитационные линзы.

Если все сказанное соответствует реальному положению вещей, то, по-видимому, основную часть «темной массы» Вселенной составляют небольшие черные дыры.

Оригинальный подход к проблеме «скрытой массы» был в свое время предложен академиков Я.Б. Зельдовичем. Он выдвинул «нитевидную модель» крупномасштабной структуры Вселенной, объясняющую, почему галактики заполняют пространство Вселенной неравномерно, концентрируясь к ребрам своеобразных пространственных ячеек, о которых мы уже упоминали. Согласно гипотезе Зельдовича, основы этих ребер составляют сверхплотные нитевидные образования, получившие в современной физике название «струн» или «суперструн» (или «стринги» и «суперстринги»).

Итак, природа «скрытых масс» еще не установлена. Известно только то, что она существует. Между тем вопрос о скрытой массе Вселенной – это в полном смысле слова вопрос о ее будущем! Если масса темного вещества окажется выше некоторого «критического» значения, то в какой-то момент расширение Вселенной прекратится и начнется обратный процесс – сжатие. Если же невидимого вещества не так много, то расширение Вселенной будет продолжаться вечно…

Было время, когда казалось, что космические объекты, составляющие население нашей Вселенной, почти не изменяются с течением времени, постепенно переходя от одного стационарного состояния к другому стационарному состоянию. Однако с появлением новых средств астрономических исследований, позволяющих регистрировать и анализировать информацию, содержащуюся не только в оптическом, но и в других диапазонах космических электромагнитных излучений, картина «спокойной» Вселенной была кардинально пересмотрена. Выяснилось, в частности, что почти все известные нам галактики излучают не только свет, но и радиоволны, и что эти излучения связаны с выделением огромных количеств энергии. В настоящее время не приходится сомневаться в том, что источником этих энергий являются активные физические процессы, протекающие в ядрах этих звездных систем. И, судя по всему, подобные активные нестационарные процессы играют весьма существенную роль в эволюции космических объектов! Эта роль впервые была отмечена выдающимся советским астрофизиком академиком В.А. Амбарцумяном.

В 1960-х годах новые технические возможности позволили астрономам исследовать неизвестные свойства уже известных объектов. В частности, внимание ученых привлекли так называемые голубые звезды. Они были впервые обнаружены и даже сфотографированы 100 лет назад и на этих снимках выглядели так же, как и другие звезды нашей Галактики. Правда, было замечено, что они обладают очень сильным ультрафиолетовым излучением, но это обстоятельство почему-то в то время никого не заинтересовало. И только когда выяснилось, что эти звезды являются еще и радиоисточниками, они стали объектом пристального исследования. Одной из таких звезд, зарегистрированной в каталогах космических радиостанций под номером ЗС 273, заинтересовался американский астроном, голландец по происхождению Мартен Шмидт. Исходя из результатов спектральных наблюдений, он пришел к выводу о том, что объект ЗС 273 должен находиться от Земли на расстоянии порядка нескольких миллиардов световых лет, то есть у границ наблюдаемой области Вселенной. Но это означало, что загадочный объект излучает неправдоподобно большое количество энергии…