Коллектив авторов - Происхождение Вселенной. Как с помощью теории относительности Эйнштейна можно проникнуть в прошлое, понять настоящее и предвидеть будущее Вселенной [litres]

По наблюдениям обсерватории COBE и последующих миссий – спутника WMAP Американского Космического Агентства НАСА, зонда «Планк» Европейского Космического Агентства и множества других – удалось построить карту распределения КМФ на небе и показать, что это распределение не вполне однородно. Эти измерения предоставляют нам информацию об истории расширения Вселенной и о природе вещества, из которого она состоит. Теперь у нас достигнуто полное согласие между измерениями и космологической теорией, по крайней той, которая включает в себя две гипотетические составляющие: невидимую холодную темную материю, удерживающую вещество в галактиках от разбегания, и космологическую постоянную, необходимую для объяснения ускоренного расширения Вселенной, которое следует из наблюдений далеких сверхновых.

Сегодня все более детальные исследования КМФ могут вернуть нас во Вселенную, где еще не действовала общая теория относительности (см. “Первая доля секунды” ниже в этой главе). Но критический поворотный пункт был пройден 50 лет назад, когда раздражающий свист в прославленной телекоммуникационной антенне рассказал нам историю о том, как началась Вселенная».

На больших масштабах космос должен казаться однородным, но он таковым не является. «Окна» в другие измерения могли бы объяснить наличие таинственных объектов размерами в миллиарды световых лет.

По мере того, как наши наблюдения космоса становятся все более и более четкими, астрономы начинают выделять структуры все бо́льших и бо́льших размеров. К ним относятся:

• гигантская дыра в космической паутине галактик;

• громадная группа квазаров размером в миллиарды световых лет;

• кольцо взрывов, охватывающее значительную часть видимой Вселенной.

Поскольку эти мегаструктуры нарушают устоявшийся порядок вещей в космологии, один исследователь предположил, что это всего лишь иллюзии, спроецированные из другого измерения: первое соблазнительное доказательство иной реальности, существующей за пределами нашей собственной.

С тех пор как Коперник предположил, что место Земли среди звезд не отличается ничем особенным, астрономы взяли на вооружение эту идею. Эта идея выросла до космологического принципа: ни одно место во Вселенной не является уникальным. Конечно, есть признаки индивидуальности на уровне галактик, скоплений и даже сверхскоплений галактик; но стоит взглянуть еще дальше, и перед нами предстанет Вселенная в своем сером однообразии.

Космологический принцип – это всего лишь предположение, но в целом он, кажется, соблюдается. Последние данные показывают, что космологический принцип применим на масштабах примерно миллиарда световых лет, при этом среднее количество вещества в любом данном объеме более или менее одинаково – но не везде. Возьмем эту гигантскую дыру во Вселенной: пустота размером почти 2 миллиарда световых лет. Андраш Ковач – соавтор открытия из Института физики высоких энергий в Барселоне (Испания) – отмечает, что в этой области неба на 10 000 галактик меньше по сравнению со средней их величиной во Вселенной. Огромная «заплата» из пустоты, подобно нарыву на пальце, лежит в той же части Вселенной, где находится реликтовое холодное пятно, вдвое увеличивая общую площадь аномалии. Ковач с коллегами назвали эту обширную пустоту сверхпустотой, или «супервойд» ( supervoid ). Они полагают, что наличие еще одной подобной структуры могло бы объяснить загадочную колоссальную аномалию в виде гигантского холодного пятна в космическом микроволновом фоне, которое озадачивает астрономов уже более десяти лет.

Космический микроволновый фон сегодня слишком слаб и холоден, чтобы породить жизнь. Для жизни, насколько нам известно, нужно тепло звезды или, по крайней мере, наличие гидротермальных источников. Но спустя примерно 15 миллионов лет после Большого взрыва сияние КМФ было достаточно теплым, чтобы сделать всю Вселенную одной большой зоной, пригодной для обитания. Эта эпоха могла продолжаться несколько миллионов лет; возможно, этого времени достаточно для возникновения микробов, но не для появления сложных форм жизни.

Наши цветные карты КМФ испещрены красными и голубыми крапинками, представляющими собой области новорожденной Вселенной, чуть более горячие или холодные по сравнению со средней температурой. В 2004 году спутник WMAP зарегистрировал холодное пятно, значительно превосходящее по размерам другие; затем его же наблюдал спутник «Планк». Если сверхпустота находится в этом же направлении, это означает, что фотоны КМФ, родившиеся за ней в более далеких областях Вселенной, должны были через нее пройти. Благодаря ускоренному расширению Вселенной фотоны, выходящие из зоны-пустоши, встречают на своем пути менее плотную материю, чем та, через которую они пролетали, приближаясь к ней. Это приводит к падению гравитационного потенциала и, в конечном счете, – к падению энергии фотонов, которые эффективно охлаждаются.

Но сверхпустота – это еще не все. В 2012 году группа ученых из Университета Центрального Ланкашира в Великобритании под руководством Роджера Клоуса объявила об открытии огромной структуры, растянувшейся более чем на 4 миллиарда световых лет, что более чем в 2 раза превышает размеры сверхпустоты. На этот раз это была не «заплата» из пустоты, а перезаполненная область пространства. Известная как Большая группа квазаров, она содержит 73 квазара, ярких активных центральных областей галактик. С начала 1980-х годов астрономы знают, что квазары имеют тенденцию «кучковаться» вместе, но никогда ранее не удавалось обнаружить подобную группировку на таком большом масштабе.

Затем в 2015 году группа венгерских астрономов открыла колоссальную группу гамма-всплесков – краткосрочных высокоэнергетических вспышек, исходящих из далеких галактик. Эти гамма-всплески формируют огромное кольцо размером в 5,6 миллиарда световых лет, т. е. 6 % размера всей видимой Вселенной.

Такие откровенные нарушения космологического принципа заставляют астрономов чувствовать себя весьма дискомфортно. Но все эти феномены могут оказаться ошибочными. Например, в 2013 году появилось исследование, расчеты которого показывают, что существует довольно большая вероятность того, что это только видимая структура внутри совершенно случайного распределения квазаров. Однако группа Клоуса с этим выводом не согласна.

Райнер Дик, физик-теоретик из Университета Саскачевана в Канаде, считает, что попытки игнорировать такие космические мегаструктуры бесперспективны. Он говорит, что мы должны принять эти мегаструктуры в свои распростертые объятия как лучшее подтверждение жизнеспособности космологического принципа. Все, что от нас требуется, это признать, что они в реальности не существуют, а являются первым свидетельством проникновения других измерений в наше собственное, оставляющего за собой «грязные» следы на нашем гладком и однородном космическом фоне.