Белые карлики. Будущее Вселенной

Конечно, все просто только на словах, на практике подобные наблюдения сопряжены с гигантскими техническими трудностями (необходимо принимать в расчет космическую пыль и много чего еще). И все-таки дело тронулось с места. К концу 1997 г. астрономы гарвардской коллаборации собрали достаточно данных, чтобы утверждать, что с расстояния в 5 млрд световых лет сверхновые посылают на Землю меньше света, чем предписано моделью пустой Вселенной, не говоря уже о плоской. Первым к этому заключению пришел Адам Рисс, ныне профессор Университета Джонса Хопкинса. Он написал компьютерную программу, которая вычисляла плотность вещества во Вселенной в соответствии с собранными данными о блеске далеких сверхновых. К его изумлению, компьютер заявил, что она меньше нуля! Электронный мозг был вполне логичен. Фотометрические данные свидетельствовали, что Вселенная расширяется с ускорением, а в стандартной модели Фридмана, которая была заложена в программу, такое возможно лишь при отрицательной плотности космической материи. Тогда Рисс решил на пробу ввести в программу космологический член. Компьютеру это понравилось, он счел, что результаты наблюдений почти стопроцентно требуют такой модификации. После целого ряда контрольных вычислений Рисс ознакомил коллег со своими выводами. Они еще не раз все проверили, обсудили — и решили публиковаться. Члены коллаборации настояли на том, что подпись Рисса должна стоять первой. Эта вошедшая в историю астрономии статья[35] была опубликована в сентябре 1998 г. Группа Перлмуттера в этом же месяце представила столь же знаменитую статью с аналогичными выводами в конкурирующее издание, The Astrophysical Journal, на страницах которого она и появилась в июне 1999 г[36]. Обе публикации достойно увенчали историю науки о космосе XX в.

Астрономы и астрофизики согласились с этими выводами (и с возрождением космологической константы!) с редким единодушием. Известный американский физик-теоретик Майкл Тернер предложил назвать источник космической антигравитации темной энергией. В последующие годы результаты стратосферных и космических измерений реликтового микроволнового излучения позволили очень точно определить плотность темной энергии. По новейшим данным, она составляет около 4 кэВ (в единицах массы примерно 10^–29 граммов) на см³ (плотность барионной материи почти в 20 раз меньше). Эти же данные свидетельствуют, что на протяжении первых 7 млрд лет после Большого взрыва гравитирующая материя (включая и темную) превалировала над темной энергией, и Вселенная расширялась с замедлением скорости. Однако по мере ее разбухания плотность материи уменьшалась, а плотность темной энергии не изменялась (конечно, если коэффициент при космологическом члене — действительно константа), так что в конце концов антигравитация победила. Результаты наблюдений за сверхновыми позволяют утверждать, что произошло это около 6,5 млрд лет назад.

Что думают физики о природе темной энергии? В общем доминирует мнение, что она весьма загадочна. Сейчас нельзя даже с уверенностью сказать, что плотность темной энергии не изменяется со временем, хотя данные наблюдений вроде бы свидетельствуют о ее постоянстве. Возможно, с темной энергией связаны очень легкие частицы, которые являются квантами какого-то скалярного поля. Не исключено, что это поле как-то связано с полем, запустившим первичную инфляцию, — но и здесь на самом деле ничего не известно. В общем, пока ни одна гипотеза о природе темной энергии не пользуется безусловной поддержкой специалистов.

Для получения более детальных сведений о темной энергии необходимо провести прецизионное фотометрическое и спектроскопическое наблюдение многих тысяч сверхновых. Рано или поздно это будет сделано.

Хотя природа темной энергии неизвестна, начало эпохи ее доминирования установлено вполне точно. Вселенная перешла от замедляющегося расширения к ускоренному, когда плотность энергии вакуума превысила половину плотности материи (то есть барионного и темного вещества). Это случилось приблизительно 5 млрд лет назад. Если учесть, что возраст Вселенной равен 13,8 млрд лет, придется признать, что этот космологический тренд отнюдь не блещет новизной.