Ноя
10

К вопросу о темной энергии. Часть вторая.




  • Безымянный 6685

  • Редкие фотографии знаменитостей


  • Иной раз я удивляюсь тому, как наш мир удобно устроен для того, чтобы его изучали. Зная законы количественных отношений и пространственных форм действительного мира, можно «на кончике пера» предсказывать то, что еще не видел, можно, установив свойства какой-то небольшой вещи, почерпнуть достаточно знаний для уяснения устройства образований гигантских. Ведь как важны полученные на ускорителях данные о строении ядра и свойствах элементарных частиц для астрофизики! И так далее.

    Для меня, как фаната всего, что выше стратосферы, особенно показательным является пример исследования космоса. Ведь посмотрите. Мы, люди, и наша планета – величины исчезающее малые по сравнению с масштабами Вселенной, мы ютимся на комке грязи, который вертится вокруг звездочки средней величины (или даже меньше – точно не помню), где-то вблизи оси симметрии Галактики, на середине лини, проведенной из ядра к краю диска… И, тем не менее, мы можем видеть даже то, что происходит на самом краю наблюдаемого мира, и знаем довольно много о том, что было и что будет. Хотите знать, что творится сейчас – понаблюдайте близкие объекты, хотите знать, что было на самой заре мироздания – выберите зеркало побольше и наведите на какой-нибудь сверхдалекий объект, например, квазар. Несущие информацию всевозможные излучения устремляются сквозь пространство и время, и каждый фотон, каждая частица рассказывают что-то. Вселенная словно говорит нам: «Вот она я, вся перед вами как есть, все мои тайны разложены как карты в пасьянсе. Дерзайте, раскройте их!» Чем ученые и занимаются. Дошло даже до того, что они стали слушать звуки Вселенной. Какие могут быть во Вселенной звуки? А очень просто:

    Согласно современной теории (обстоятельное изложение которой, чтобы можно было без поллитра разобраться, я еще не встречал ни в одной публикации), следует, что на ранних стадиях Большого взрыва происходило быстрое расширение Вселенной, управляемое инфлатонным полем. Что это такое я объяснить не могу, уже потому хотя бы, что и сами физики себе это представляют смутно. Квантовые флуктуации поля привели к появлению ранних возмущений в первичной плазме из фотонов, электронов и протонов. Возмущения эти выражались в виде акустических продольных волн, создававших в этом «газе» области разряжения, уменьшения плотности и температуры (минимум амплитуды) и области сжатия, увеличения плотности и температуры. На том этапе излучение находилось в крайне стесненных обстоятельствах, стоило фотону вырваться на свободу - его тут же хватали. И так это безобразие продолжалось до эпохи рекомбинации, когда протоны подружились с электронами и стали образовываться стабильные атомы. Тогда фотоны вздохнули с облегчением и понеслись во все стороны. Если вы включите телевизор на свободном от приема канале, то примерно 1% помех, которые вы увидите, будут вызваны фотонами, которые сегодня долетели до нас. Это называется реликтовым излучением, или Космическим Микроволновым Фоном (КМФ). Правда, обнаружен он был только в 1965 году, когда у Роберта Вильсона, занимавшегося тогда радиоастрономией, возникли проблемы с новой антенной – ее температура поднималась выше расчетного. Аж на 3,5 Кельвина. Что случилось с оборудованием никто не мог понять, но потом разобрались. А Вильсону дали Нобелевскую премию. Точные измерения показали, что в разных частях неба КМФ не одинаков, его температура варьируется в пределах 0,001%. Это привело физиков в неописуемый восторг. Потому что эта разница и есть амплитуда тех самых звуковых волн.

    Во-первых, картина флуктуаций подтверждала теорию инфляции. Во-вторых, звуковые волны, синхронизированные по фазе, сформировали спектр с обертонами! Ну вроде как у трубы какой-нибудь или другого музыкального инструмента. После разведавшего ситуацию аппарата COBE в космос на гелиоцентрическую орбиту был запущен уже упоминавшийся WMAP, специально предназначенный для составления подробнейшей карты КМФ. Прошли годы, карта была готова. Получив ее в руки, ученые стали обладателями скрижалей, на которых записана «музыка» (если точнее - акустическая модуляция) ранней Вселенной. Осталось ее расшифровать. Если не вру, расшифровывают до сих пор, однако, уже были получены важные результаты. Был точно, как никогда, определен возраст Вселенной, ее геометрия, состав, а также влияние темного вещества и темной энергии на формирование космологических структур. Именно тогда выяснилось совершенно точно, что темная энергия является основным компонентом современной Вселенной.

    На картинке: пробная карта КМФ аппарата COBE и карта,
    составленная WMAP.

    В скором времени на помощь WMAP, чтобы получить еще более доскональную партитуру «Вселенской симфонии», будет запущен аппарат «Планк».

    Итак, какими путями собирают ученые свидетельства существования темной энергии? Мы уже рассмотрели, как темная энергия выдала себя в странном поведении хаббловского закона пропорциональности, который начинал действовать на расстояниях ближе предсказанных теорией. И затронули тему КМФ, по которой можно восстановить первые мгновения жизни Вселенной и узнать о том, как темная энергия влияла на этот процесс, насколько плотность обычной и темной материи меньше плотности темной энергии.

    Еще один след темная энергия оставила в современной структуре Вселенной. Галактики ведь разбросаны не абы как, а собраны в сеть, наподобие паутины.

    На картинке: компьютерная модель сегмента Вселенной.
    Сгустки миллиардов галактик.

    Тут я замечу, что в этой «паутинке» галактики не связаны гравитационно, как, например, планеты со звездами, просто получилась такая картина в процессе борьбы гравитации с антигравитацией. В наше время эта «паутина» спокойно и без лишнего напряга разрушается. В общем, по физиономии распределения вещества можно опять-таки уточнить массу Вселенной и выяснить еще некоторые любопытные детали. Вспомним, что дело было вечером, делать было нечего, ни звезд, нихрена еще нету, все горячее и неустойчивое, а небарионной темной материи пофиг на это дело, она с излучением не взаимодействует, собирается в комочки, которые астрофизики прозвали «гало». Когда стало потише и газ из стабильных атомов начал концентрироваться, то концентрировался он, само собой, в «гало». Сами гало тоже плавали в пространстве, сталкивались, сталкивались и сливались галактики в них, что порождало волны звездообразования, сталкивались газовые облака внутри галактик, с тем же результатом, росли черные дыры и, опять же, много излучали. Все шикарно, только вот оказалось, что в какой-то момент все изменилось, галактики с момента икс сталкивались очень редко, в спиральных и эллиптических галактиках звезды зажигались время от времени, а инициативу перехватили маломассивные объекты. Современная Вселенная уже, можно сказать, не растет. И в будущем новые звезды будут появляться все реже и реже. Физиков это смутило в свое время, потому что согласно теории все должно было происходить наоборот – мелочь выгорает, а в больших образованиях только-только начинается праздник. Тут появляется наша героиня – темная энергия, и всю вину сваливают на нее, мол, она стала отдалять галактики друг от дружки и те перестали получать новое вещество и стабилизировались. Ведь галактика растет за счет чего? За счет аккреции межгалактического газа и поглощения других галактик.

    На картинке: слияние галактик.

    Тут тебе ни газа, ни галактик. Крутись как хочешь. Вот они крутятся. Вокруг сверхмассивной черной дыры, которая уже и не помнит тех славных времен, когда вещество падало на нее со всех сторон и она излучала столько, сколько сейчас и тысяча галактик вместе взятых не может излучить (есть у черных дыр такая особенность, вспомним квазары). Вот, например, когда-то думали, что Местное скопление упадет на скопление в Деве. Фиг вам, оказалось, что темная энергия уносит нас от нее быстрее, чем мы «падаем». А ведь какая красота могла получиться! Хм… Впрочем, говорят, встреча с Андромедой все равно неминуема.

    Рентгеновские наблюдения скоплений галактик рассказывают об их эволюции. И опять же, с этого бросаем в копилку объяснение того, как и где они формировались с привлечением темной энергии.

    Есть еще в космосе такое интересное явление, как гравитационное микролинзирование. Почему «микро», когда речь идет о таких размерах и расстояниях – я не знаю. Но суть в том, что тела большой массы могут сильно отклонять свет, образуя что-то вроде линзы, которая может образовывать аж два изображения находящегося за ней источника света. Круто, да, астрофизики тоже прутся. Но чтобы так получилось, и на линии обзора была тебе и линза, и подходящий источник, нужно зело постараться. Не суть. Суть в том, что изучая этот эффект, можно делать выводы росте скоплений вещества и, да, возвращаемся к нашим баранам, о размере Вселенной, который тем больше, чем больше темной энергии. Вот что еще падает в нашу копилку изучения вклада темной энергии.

    Ну и, конечно, сверхновые типа «Ia» («один а», тип сверхновых, в которых после исчерпания водородно-гелиевого запаса топлива происходит взрывная термоядерная реакция с участием углеродно-кислородного топлива). Именно они используются для точного определения расстояний до галактик, именно с их помощью было обнаружено космологическое ускорение. Наблюдая сверхновые, можно делать выводы о том, как менялся характер движения галактик во времени. Здесь важный момент: Проверяя некоторые теории, долженствующие объяснить странности в распределении вещества, ученые измеряли скорости галактик в разные эпохи. И оказалось, что Вселенная не всегда расширялась с ускорением. Какое-то время она расширялась с замедлением. Что получается – плотность темной энергии одна и та же, а плотность материи, в связи с космологическим расширением, уменьшается! В один прекрасный миг они сравнялись, а потом темная энергия начала доминировать. Произошло это 6-8 млрд. лет назад.

    На этом можно было бы и закончить обзор. В принципе, я осветил все современные методы обнаружения темной энергии и способы изучения ее влияния на материю, как обычную (барионную), так и темную. Вот только о физической природе этого явления было сказано почти что совсем ничего. Чтобы отдать должное стараниям физиков-теоретиков, вот уж который год ломающих мелки о доски в стремлении прояснить тайну, я еще раз затрону вопрос о том, что темная энергия вообще такое. Одним из самых интересных подходов мне кажется подход квантовой теории гравитации в аспекте теории струн…




  • Безымянный 6685

  • Редкие фотографии знаменитостей



  • Социальные сети

    Рубрики

    Последние записи