Карл Саган - Космос: Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации

Тем не менее некоторых астрономов преследует подозрение, что не все так гладко с выводом о расширении Вселенной, сделанным исходя из доплеровской природы красного смещения галактик. Астроном Халтон Арп обнаружил загадочные и настораживающие приметы того, как галактика и квазар или пара галактик, которые выглядели физически связанными, имели существенно различающиеся красные смещения. Иногда казалось, что их соединяет мост из газа, пыли и звезд. Если красное смещение вызвано расширением Вселенной, то из большой разницы красных смещений следует большая разница расстояний до галактик. Но две физически связанные галактики вряд ли могут быть столь сильно удалены друг от друга — в некоторых случаях на миллиарды световых лет. Скептики утверждают, что эти ассоциации имеют статистический характер, что, например, близкая к нам яркая галактика и намного более удаленный квазар с сильно различающимися красными смещениями и скоростями удаления лишь случайно оказались расположенными на одном луче зрения, а в действительности физически не связаны. Такие случайные наложения должны встречаться с некоторой вероятностью. В центре дебатов был вопрос, не превышает ли число таких совпадений величины, которой следовало бы ожидать по статистике. Арп указывает и на другие случаи, когда по бокам галактики с малым красным смещением располагаются два квазара с большим и почти одинаковым красным смещением. Он считает, что квазары не удалены на космологические расстояния, а выброшены в противоположные стороны той самой галактикой, с которой они соседствуют, и что красные смещения вызваны каким-то пока неизвестным механизмом. Скептики вновь говорят о случайном совпадении и традиционной интерпретации красного смещения по Хабблу — Хьюмасону. Если прав Арп, то отпадает необходимость изыскивать экзотические механизмы на роль источника энергии далеких квазаров — цепные реакции сверхновых, сверхмассивные черные дыры и т. п. Ведь квазарам в таком случае вовсе не обязательно быть далекими. Но зато понадобится другой необычный механизм для объяснения природы их красного смещения. В обоих случаях в глубинах космоса происходит нечто очень странное [186] Сегодня описанные случаи вполне убедительно объясняются механизмом гравитационного линзирования. Гравитационное поле галактики может искривлять траекторию лучей света, идущих от далекого квазара, вызывая появление нескольких изображений, линий, дуг и другие оптические эффекты. Гравитационные линзы способны концентрировать и тем самым усиливать свет очень далеких галактик. В результате рядом с умеренно удаленной галактикой-линзой появляется искаженное изображение галактики с большим красным смещением, создавая впечатление, что они находятся в физическом контакте друг с другом. После обнаружения гравитационных линз аргументов против доплеровской природы красного смещения квазаров практически не осталось. — Пер. .

Видимое удаление галактик при доплеровской интерпретации красного смещения — это не единственное доказательство Большого Взрыва. Независимым и очень убедительным подтверждением служит чернотельное фоновое космическое излучение — постоянный слабый фон радиоволн, приходящих к нам из космоса совершенно однородно со всех сторон. Интенсивность этого фона в точности такова, какой следует ожидать в нашу эпоху от заметно ослабшего излучения Большого Взрыва. Но и здесь есть нечто загадочное. Наблюдения с использованием чувствительной радиоантенны, поднятой в верхние слои атмосферы на борту самолета U-2, показали в первом приближении, что интенсивность фонового излучения соответствует почти идеально однородному расширению Вселенной в момент Большого Взрыва, то есть в миг своего рождения Вселенная обладала очень высокой степенью симметрии. Однако более точные исследования выявили, что симметрия фонового излучения неидеальна. В его распределении обнаруживается систематический эффект, который можно объяснить движением всего Млечного Пути (и предположительно других членов Местной Группы) в направлении скопления галактик в Деве со скоростью более двух миллионов километров в час (600 километров в секунду). С такой скоростью мы достигнем скопления через десять миллиардов лет, и тогда заниматься внегалактической астрономией станет намного проще. Скопление в Деве — это богатейшее собрание галактик, спиральных, эллиптических и неправильных, — настоящая небесная сокровищница. Но по какой причине мы так спешим к нему?

Джордж Смут с коллегами, которые проводили эти высотные наблюдения, предполагают, что Млечный Путь гравитационно связан с центром скопления в Деве, что скопление содержит намного больше галактик, чем до сих пор обнаружено, и, что самое поразительное, имеет колоссальный размер, достигающий в поперечнике одного или двух миллиардов световых лет.

Вся наблюдаемая Вселенная имеет в поперечнике лишь несколько десятков миллиардов световых лет, и если существует такое гигантское сверхскопление в Деве, то, возможно, есть и другие сверхскопления на больших расстояниях, которые гораздо труднее обнаружить [187] К настоящему времени обнаружен целый ряд далеких сверхскоплений галактик. Группа эстонских астрономов под руководством Яана Эйнасто выявила, что в крупных масштабах Вселенная имеет ячеистую структуру, в узлах и ребрах которой как раз и располагаются сверхскопления галактик. — Пер. . Времени существования Вселенной, видимо, недостаточно для того, чтобы первоначальные гравитационные неоднородности смогли сконцентрировать в себе такую массу вещества, которая, похоже, заключена в сверхскоплении Девы. Поэтому Смут склоняется к выводу о том, что Большой Взрыв был гораздо менее однородным, чем следует из его же собственных наблюдений, что первоначальное распределение материи во Вселенной было сильно неоднородным. (Некоторой неоднородности следовало ожидать; более того, она требовалась для объяснения конденсации галактик; однако неоднородность в таком большом масштабе стала неожиданностью.) Возможно, этот парадокс удастся разрешить, рассматривая два или более почти одновременных Больших Взрыва [188] Сегодня объяснение этой проблемы астрономы ищут в представлении о так называемой скрытой массе, или темной материи. Предполагается, что светящееся вещество, которое доступно нашему наблюдению, составляет лишь незначительную долю всей материи во Вселенной. Если скрытая масса действительно велика, то небольшие флуктуации плотности могут быстрее становиться крупными неоднородностями. В пользу существования скрытой массы говорит целый ряд исследований, проведенных в последние 10–20 лет. — Пер. .