Юный техник, 2012 № 01 - [7]

ПРЕМИИ Почему разбегаются галактики?

Нобелевская премия по физике 2011 года вручена американцам Солу Перлмуттеру и Адаму Риссу, а также австралийцу Брайану Шмидту за открытие разбегания галактик. Или, говоря официальным языком, ученых наградили «за исследования процессов расширения Вселенной в рамках изучения отдаленных сверхновых звезд». Суть же их работы такова.

Поначалу люди полагали, что мир вокруг них незыблем. Плоская Земля, считалась, покоилась на китах или черепахах, прикрытая сверху хрустальным куполам небосвода, который был прибит для прочности серебряными и золотыми гвоздиками звезд.

Позднее выяснилось, что Земля не плоская, а круглая, как шар. И представляет собой вовсе не центр Вселенной, а всего лишь одну из планет, обегающих год от года Солнце по замкнутым орбитам. Само же наше светило — всего лишь одна из звезд, расположенных на периферии галактики Млечный Путь. Причем галактика эта тоже оказалась вовсе не в центре, а на окраине Вселенной…

Более того, наблюдаемое нами положение звезд, созвездий и галактик вовсе не незыблемо. Все они разбегаются от центра вследствие Большого Взрыва, произошедшего, как считалось, около 20 млрд. лет тому назад. Со временем и расстоянием ударная сила этого взрыва ослабеет, движение небесных тел прекратится. Они остановятся, а затем, движимые силой гравитации, которая, как известно, притягивает небесные тела друг к другу, начнут сближаться, все ускоряя свой бег. И врежутся друг в друга с такой силой, что произойдет новый Большой Взрыв и все начнется сначала…

В итоге у теоретиков получилась законченная картина, которая вроде бы вполне подтверждалась экспериментальными данными. В 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл по так называемому красному смещению света звезд выявил, что светила и в самом деле движутся от центра.

Что такое красное смещение?.. Чтобы понять это, нам придется вспомнить еще и об эффекте Доплера. В 1842 году австрийский физик Кристиан Доплер, стоя на железнодорожной платформе, обратил внимание, что гудок подъезжающего поезда кажется выше, чем гудок отъезжающего. Это происходит потому, что звуковые волны, исходящие от приближающегося поезда, как бы сжимаются, а отъезжающего — напротив, растягиваются.

Нобелевские лауреаты А. Рисс, С. Перлмуттер, Б. Шмидт.

Замеченный эффект перенесли в оптическую область и поняли, что спектр приближающегося источника света должен давать большую голубизну, а удаляющегося — смещаться в красную сторону.

В итоге по красному смещению Хабблу и удалось определить, что галактики удаляются от нас и друг от друга. И все бы ничего, если бы за прошедшие десятилетия, а именно к 1998 году, ученые вдруг не обнаружили, что Вселенная расширяется с ускорением. Открытие было сделано благодаря космическому телескопу «Хаббл», сделавшему, в частности, снимки сверхновых типа Iа. Изучая удаленные от Земли вспышки сверхновых, ученые обнаружили, что они как минимум на четверть тусклее, чем предсказывает теория. А это означает, что звезды расположены дальше, чем предполагалось. Что возможно лишь в том случае, если небесные объекты движутся с ускорением.

Первым такое предположение высказал Сол Перлмуттер, руководитель проекта «Сверхновые для космологии» (Supernova Cosmology Project, SCP). Он был так удивлен, что попросил своих коллег перепроверить результаты. Данные подтвердили, что космос не просто расширяется, но расширяется с ускорением.

Наблюдения были затем перепроверены еще не раз и теперь наличие ускорения признается твердо установленным фактом. А из этого уже следует, что Вселенная наша моложе, чем предполагалось ранее. Если раньше речь шла о 20 млрд. лет, то теперь теоретики полагают, что ей всего 14–15 млрд. лет, а то и меньше.

Но какова причина этого разбегания? Из закона всемирного тяготения следует, что небесные тела притягиваются друг к другу. И если сила этого притяжения, судя по скорости движения галактик, больше, чем считалось ранее, значит, во Вселенной есть какие-то невидимые массы, которые и обеспечивают дополнительное ускорение за счет притяжения.

Стали искать эти скрытые массы, одновременно подсчитывая, какова должна быть их величина. Выяснили, что у многих галактик-гигантов есть спутники — более мелкие галактики. Есть такие и у нашей Галактики. Их называют Магеллановыми Облаками. В соответствии с законом Кеплера, с увеличением расстояния от центра основной Галактики скорость их «убегания» должна убывать. Но измерение скоростей показало, что этого не происходит, они остаются постоянными.

Расчет показал, что такое может быть, если в центре нашей галактики Млечный Путь, кроме видимых звезд, имеются и другие массы, распределенные вокруг центрального галактического диска. Их так и назвали — скрытыми. И до недавнего времени полагали: раз они не светятся, то обнаружить их невозможно. Но теперь выяснилось, что скрытые массы выдают свое присутствие, образуя так называемые гравитационные линзы.

Вот как объясняет суть этого явления один из ведущих астрофизиков мира, главный научный сотрудник Института космических исследований РАН, директор Института астрофизики Общества им. Макса Планка (Германия) академик Рашид Сюняев. «Представим себе, что за большой по размеру скрытой массой находится далекая галактика, — рассуждает он. — Так вот вид ее под влиянием гравитационного воздействия скрытой массы будет искажаться. В результате земной наблюдатель увидит не одну, а, скажем, две совершенно одинаковые галактики»… То есть, говоря иначе, гравитационная линза сработает, словно призма, и поделит изображение надвое, выдав таким образом свое существование.