Знание-сила, 2007 № 12 (966)

Представление о невидимом (потому что необычном, не излучающем свет, а потому темном) веществе появилось очень давно, когда было подмечено, что наружные части спиральных галактик «позволяют себе» обращаться вокруг их центра быстрее, чем это дозволяет ньютоновский закон гравитации. Гравитационного притяжении всех видимых звезд и газа в центральной части галактик явно не хватало, чтобы «удержать на привязи» чересчур быстро вращавшиеся наружные части, и потому возникло предположение, что кроме видимых звезд и газа в центре галактики есть еще «что-то», оказывающее гравитационное воздействие удерживая звезды вместе. Это «что-то» и получило название «темного вещества». (Позже эксперименты по проверке теории Большого Взрыва позволили рассчитать, что в суммарной массе Вселенной такое вещество составляет примерно 25%).

Возражения против гипотезы «темного вещества» послышались сразу же. Все они исходили из допущения, что слишком быстрое вращение наружных частей галактик можно объяснить и без «темного вещества», стоит лишь «подправить» закон гравитации на больших расстояниях, Из всех попыток такой подправки самой плодотворной оказалась теория МОНД («МОдификация Ньютоновой Динамики») разработанная израильским физиком Мильгромом и расширенная на релятивистские, то есть близкие к скорости света скорости другим израильским физиком Бекенштейном (под названием ТВСГ, или «тензор- вектор-скаляр-гравитация»). Эта теория и впрямь хорошо объясняла эффект вращения в отдельных галактиках, не прибегая к гипотезе о «темном веществе», но плохо справлялась с таким же эффектом в скоплениях галактик (где наружные галактики тоже вращались быстрее, чем нужно). Недавно Мофатт и Броунштейн предложили свою альтернативу, упомянутую выше МОГ, и, как видим, утверждают сейчас, будто она объясняет данные, полученные при изучении Пулевидного скопления галактик. Присмотримся, что же на самом деле говорят эти данные.

Пулевидное скопление представляет собой, в действительности, сразу ДВА скопления галактик в процессе их столкновения. «Пулевидным» его назвали потому, что одно из скоплений (поменьше размером) выходило из второго со скоростью порядка 4500 (плюс 1100 минус 800) километров в секунду. Скопления галактик — вообще чуть ли не самый впечатляющий объект во Вселенной (если не считать ее крупномасштабной структуры — «листов» и «нитей»), а уж столкновение двух таких объектов — и того пуще (см. рубрику «Новости науки»).

Космические масштабы всегда поражают своей несоизмеримостью с чем-либо человеческим — в самом деле, как можно соизмерить нашу человеческую жизнь с теми четырьмя миллиардами (!!) лет, которые затратил свет, чтобы прийти к нам от Пулевидного скопления? Как наглядно представить себе участвующие в этом столкновении массы: ведь в каждом скоплении около миллиона миллиардов Солнц!!! А возникающие при этом температуры — 70 миллионов градусов в малом скоплении и 100 миллионов — в большом? Нет, человек не должен поднимать голову к небесам слишком часто или вглядываться в них слишком пристально — к добру это явно не приведет.

Но вернемся к Пулевидному скоплению. Оно было сразу объявлено самым подходящим объектом для проверки гипотезы «темного вещества», и вот почему. Каждое скопление (по общепринятым представлениям) состоит из трех слагаемых — видимых звезд всех его галактик, межгалактического газа и «темного вещества». В процессе столкновения, то есть прохождения двух скоплений друг сквозь друга, эти слагаемые должны вести себя по-разному. Звезды, находящиеся, как мы знаем, на громадных расстояниях одна от другой, должны двигаться так, будто им ничего не мешает, как будто никакого столкновения нет. Напротив, газы обоих скоплений, столкнувшись, должны оказать друг другу сопротивление и породить в силу этого ударную волну, которая пойдет в обе стороны от фронта столкновения, разогревая газы до чудовищных температур (это, кстати, позволит увидеть эти газы, поскольку они начнут испускать мощное рентгеновское излучение).

Поскольку газы будут тормозиться, они в своем движении друг сквозь друга отстанут от звезд, и скопления как бы разделятся надвое. Что же касается «темного вещества», если оно есть, то оно будет поставлено перед выбором типа «с кем вы, мастера культуры» — со звездами или с газом? Узнать, каков его выбор, можно будет с помощью того, что физики называют «эффектом гравитационной линзы». По Эйнштейну, всякий объект огромной массы искривляет своей гравитацией окружающее пространство, и лучи света из-за этого тоже искривляются. Такой объект действует как линза, собирая идущие «сквозь» него лучи в своем фокусе. Если за «линзой» есть светящийся объект (звезда или галактика) и если нам на Земле повезло оказаться вблизи фокуса «линзы», мы увидим некое изображение этого объекта, по которому, в частности, можно будет судить и о свойствах самой «линзы» — какими массами она образована и как они располагаются. Благодаря своей огромной массе Пулевидное скопление должно оказаться хорошей «линзой», и можно рассчитывать, что это позволит разобраться, есть ли в нем «темное вещество» и где именно.

Заметим, что по этой теории МОНД «линза» не может обнаружить никакого влияния «темного вещества», потому что по теории его не существует. Основной «фокусирующий» эффект должен быть образован двумя облаками газа, потому что именно в них сосредоточена основная часть обычного вещества обоих скоплений. А что же показали наблюдения? Согласно самым тщательным измерениям Клоува и Маркевича, газ сосредоточен в центральной области столкновения, а основной фокусирующий эффект создают наружные части обоих скоплений. Эти данные убедительно доказывают, что основная масса обоих скоплений находится не там, где их газ, а по обеим сторонам от него, иными словами, основная масса скоплений связана не с газом, а с чем- то другим. А поскольку расположение двух этих масс не связано с положением звезд, то это могут быть только два гигантских и массивных комка «темного вещества».

Теория МОНД, стало быть, оказалась противоречащей новым наблюдениям. Вот почему все статьи о результатах изучения Пулевидного скопления шли под заголовками типа «Прямое доказательство реальности «темного вещества»!» И верно, на этот раз оно впервые обнаружило себя напрямую, через свое фокусирующее действие в качестве «гравитационной линзы». Но, как уже говорилось выше, «альтернативщики» и тут отказались выбросить белое полотенце. В их последнем «Бюллетене» Мофатт и Броунштейн пишут: «Наша теория МОГ показала замечательное совпадение с данными наблюдений. По нашим расчетам, 83% всей массы обоих скоплений составляет обычное вещество межгалактического газа, а остальные 13% — обычное вещество звезд, без всякого «темного вещества»».