Галактики. Большой путеводитель по Вселенной

Примером эксперимента по обнаружению темной материи стали работы с детектором ZEPLIN-III, состоящим приблизительно из 12 кг жидкого ксенона, покрытого сверху небольшим количеством газообразного ксенона (ксенон – один из благородных инертных газов). В эту жидкость были погружены трубки фотоумножителя, чтобы они обнаруживали и усиливали любую сигнатуру отдачи атомов ксенона, когда с ними сталкивается вимп, что создает короткий крошечный всплеск света. Чтобы уменьшить загрязнение сигнала другими частицами, проходящими через ксенон, которые могут вызвать срабатывание детекторов, ZEPLIN-III был помещен на глубину более 1 км под землей в калийную шахту Боулби, расположенную в британской части Северного Йорка, с толстым слоем горных пород, которые экранируют детектор от любого лишнего сигнала. Одним из примеров загрязнения являются космические лучи – высокоэнергетическое излучение, которое постоянно падает на наши головы в результате различных энергетических астрофизических процессов, например взрыва сверхновых. Поток космических лучей значительно ослаблен скалами в несколько сотен метров, что делает шахту идеальным местом для экспериментов с такими приборами, как ZEPLIN-III. До сих пор действительно убедительных наблюдательных данных прямого обнаружения темной материи представлено не было. Возможно, темная материя и не состоит из вимпов – как бы там ни было, поиск продолжается.

Несмотря на всю неопределенность, «Лямбда-CDM» – наша лучшая модель Вселенной. Я понимаю, почему публика может скептически отнестись к фактическому существованию чего-то вроде темной материи: считается, что она повсюду (хотя плотность меняется от места к месту), тем не менее это «повсюду» не оказывает заметного влияния на нашу повседневную жизнь. Но если размышлять в космических масштабах, то тогда становятся очевидными косвенные доказательства наличия компонента темной материи в кривых вращения галактик и движениях звезд, а также в гравитационном линзировании света. Независимо от того, что именно представляет собой темная материя, и ее точной природы описывающая их текущая модель проделывает неплохую работу по предсказанию многих событий во Вселенной, которые хорошо согласуются с данными наблюдений. Да, проблемы в модели есть, но это и не удивительно: цель наших исследований состоит в создании модели, которая может совершенствоваться по мере накопления новых знаний. Если мы получим достоверные данные наблюдений, которые не могут быть объяснены моделью, или докажем, что модель неверна, то она будет отброшена, а мы начнем снова. Примером этого является смена парадигмы, которая произошла, когда модель Вселенной, начавшаяся с горячего Большого взрыва, поборола теорию стационарной Вселенной.

Происхождение в водовороте

Теория стационарной Вселенной, разрабатываемая Фредом Хойлом, Томасом Голдом и Германом Бонди в середине XX века (все они были и остаются высокоуважаемыми астрономами и космологами), описала Вселенную, которая не имела начала, но была всегда. В модели стационарной Вселенной галактики находятся в движении, о чем свидетельствует галактическая рецессия относительно Земли, открытая в начале ХХ века, но сама Вселенная сохраняет постоянную плотность (при усреднении по большим объемам), позволяя новым галактикам возникать по мере расширения космоса. Двумя основными доказательствами, которые обесценили теорию стационарной Вселенной, стали наблюдение космического микроволнового фона – всепроникающего радиационного поля, которое указывает на горячее происхождение Вселенной, – и тот факт, что галактики на больших красных смещениях начинают демонстрировать свойства, отличные от тех, что есть у ближайших к нам. Например, в далекой ранней Вселенной существовало гораздо больше квазаров, чем сегодня. Это означает, что население галактик меняется с течением времени. Поэтому, как ни странно, изобилие квазаров в более ранней Вселенной напрямую связано с тем, что скорость активности – как звездообразования, так и роста черных дыр – в прошлом была выше, чем сегодня. Это указывает на прогрессивные изменения населения галактик.