Мартин Рис - Всего шесть чисел. Главные силы, формирующие Вселенную [litres]

Как и отдельные галактики, скопления и сверхскопления появились в результате тяготения. Недавно сформированные галактики не распространялись совершенно однородно – в некоторых местах их было немного больше, чем в других. С продолжением расширения районы, где находились излишки массы, испытывали дополнительное замедление, поэтому галактики в этих районах в конце концов оказались расположены более плотно, чем в среднем {17} 17 Кто-то может задаться вопросом, почему исчезают подструктуры внутри галактик, тогда как отдельные галактики продолжают существовать внутри скоплений, которые не становятся едиными «супергалактиками». Это происходит потому, что на более поздних этапах создания иерархии в скоплениях газ является слишком горячим и рассеянным, чтобы сконденсироваться в звезды. Процесс формирования звезд «угасает» в масштабах больших, чем галактики. .

Как мы можем проверить, отражает ли виртуальная вселенная события, происшедшие в нашей реальной Вселенной? Модель должна имитировать наблюдаемые характеристики сегодняшних галактик – их типичные размеры и формы, пропорции спиральных галактик и пропорции эллиптических, а также то, как они объединяются в скопления. Но требуется сделать даже больше: модель должна соответствовать тем «моментальным снимкам», которые показывают нам, как выглядели галактики в прошлом и как они объединялись в скопления.

Как уже говорилось раньше, сейчас до нас доходит свет от самых отдаленных галактик, которые телескопы нового поколения могут обнаружить и проанализировать. Этот свет покинул галактики, когда те только-только были сформированы, и они выглядят не так, как современные галактики. Ничто не напоминает устойчиво вращающиеся диски, и только небольшая часть составляющего их газа уже превратилась в звезды. Большинство таких галактик невелики по размеру: потребуются дальнейшие объединения и «каннибализм» со стороны доминирующих галактик, чтобы получились крупные образования, которые мы видим сегодня.

В качестве побочного продукта образования ранних звезд происходит еще нечто интересное. Некоторая часть газа попадает в центр скопления частиц темной материи, притягивается собственным тяготением и создает «суперзвезду», которая более чем в миллион раз тяжелее обычной. Столь большой объект светит так ярко, что его ядерного топлива хватает ненадолго. Жизнь этой звезды кончается не взрывом, а сжатием, в результате которого формируется черная дыра. Таким образом, когда начинается формирование галактик, пространство «протыкается» такими дырами. Газ продолжает в них течь, высвобождая энергию более мощную, чем энергия света всей остальной галактики.

Такие объекты называют «квазарами» или «активными ядрами галактик», и они интересны по двум причинам. Во-первых, они светят ярче, чем сами галактики, и таким образом выполняют роль прожекторов, освещающих отдаленные части Вселенной. Спектр светящегося облака газа квазара дает нам убедительные данные о количестве дейтерия, что является, как мы уже видели, важной проверкой теории Большого взрыва. Во-вторых, квазары предоставляют нам существенные доказательства ОТО Эйнштейна. Энергия, которую они излучают, исходит от материи, которая вращается очень близко к черной дыре, а возможно, и от самой вращающейся дыры. Нет никакого шанса получить подлинное изображение потока, – это будет, пожалуй, даже более трудной задачей, чем получить снимок землеподобной планеты, обращающейся вокруг другой звезды, – но исходящее от него излучение имеет красное смещение из-за сильной гравитации (и оно, конечно же, добавляется к обычному космологическому красному смещению). Также будут присутствовать большие доплеровские смещения, возникающие из-за высокой скорости, с которой газ вращается вокруг дыры (в красную часть спектра на той стороне, которая удаляется; в синюю часть – для газа, который приближается с другой стороны). Благодаря прогнозируемому движению и гравитационным полям мы можем проверить, имеют ли черные дыры на самом деле те самые свойства, которые предсказывает теория Эйнштейна.

Если бы кому-то захотелось в одном предложении подвести итоги и ответить на вопрос: «Что же произошло после Большого взрыва?», лучше всего набрать полную грудь воздуха и сказать: «Практически с самого начала тяготение формирует космические структуры и увеличивает разницу температур, необходимую для развития многогранности, которая простирается вокруг нас на 10 млрд св. лет и частью которой мы являемся».

Как только формируются системы, достаточно тяжелые, чтобы иметь свое собственное тяготение, отклонения от среднего нарастают. Вследствие этого наша Вселенная могла развиться из первоначального огненного шара, равномерно горячего, в упорядоченную систему, в которой есть очень горячие звезды, испускающие излучение в очень холодный космос. Так начинается эпоха все более усложняющейся космической эволюции и появления жизни. Отдельные звезды в процессе развития становятся плотнее (некоторые заканчивают как нейтронные звезды или черные дыры), тогда как в целом материя распространяется более тонко. Эта многогранность является результатом цепочки событий, которую специалисты по космологии могут проследить до ультраплотной первоначальной среды, которая практически не имела структуры.

Наша точка зрения на то, как появились космические структуры, как и точка зрения Дарвина на биологическую эволюцию, является убедительной общей схемой. Начало всего процесса, как и в теории Дарвина, все еще остается загадкой: то, как обусловлено число Q (возможно, микроскопическими вибрациями в очень ранней Вселенной), все еще вызывает недоумение, как и происхождение первых организмов на Земле. Но космология проще в одном очень важном отношении: после того как установлена начальная точка, результат в общих чертах предсказуем. Все огромные части Вселенной, которые одинаково начались, закончат статистически одним и тем же образом. Напротив, общий курс биологической эволюции чувствителен к «происшествиям» – изменениям климата, падениям астероидов, эпидемиям и т. д., поэтому, если заново запустить историю Земли, она может закончиться в совсем другой биосфере.

Поэтому так важно компьютерное моделирование структурных образований. Галактики и их скопления появились в результате воздействия тяготения на первоначальные неоднородности. Мы не пытаемся объяснить всю схему в деталях, а хотим только выявить ее статистические свойства – точно так же, как океанограф ставит себе целью получить статистические данные о волнах, а не детали одной волны в единственном снимке в конкретном месте и времени.