Невидимая Вселенная. Темные секреты космоса

Вывод из этого следующий: голубые и красные пятна на карте «Планка» позволяют взглянуть на разницу в плотности Вселенной-младенца. И эта карта пятен важна для нас сразу по двум причинам. Во-первых, она дает возможность разобраться, из чего вообще должна была состоять Вселенная, чтобы за 380 000 лет образовался такой узор из пятен. Во-вторых, можно сравнить эту фотографию с тем, что мы видим вокруг себя сегодня. А еще зададим себе вопрос: какие ингредиенты нужно было добавить во Вселенную и каких физических законов придерживаться, чтобы этот узор из пятен превратился в знакомые нам галактики и скопления галактик?

Пятна без столкновений

Можно бесконечно вглядываться в карту реликтового излучения, но, как ее ни крути, информации о молодой Вселенной там не особо много. Ну разве что мы точно узнаем, что космос — местечко крайне захламленное. Поэтому нам придется прибраться.

А это прекрасная возможность немного поговорить о рыбе. Допустим, вы наловили сельдей и расположили их в бочке так, что они тютелька в тютельку заняли все дно. Вы знаете, что ваша подруга, биолог Будиль, как раз специализируется на селедке и интересуется ее размерами и видами, и поэтому вы хотите описать рыбу наиболее простым, но в то же время креативным способом. Как бы это сделать? Один из способов описать улов — это последовательно описывать все, что видите: «Сначала слева виднеется голова, над ней возвышается спинной плавник, прерываемый анальным плавником, направленным вправо…» М-да. Такое описание было бы ужасно длинным и совершенно неинтересным. Вместо этого вы описываете улов так: «Селедка длиной 10–15 см: 3 шт.; 15–20 см: 7 шт.; 20–25 см: 18 шт.» и так далее. Получается, всего несколько цифр — и сердце вашей подружки-биолога растоплено.

И то же самое мы делаем с картой реликтового излучения. Вместо того, чтобы разглядывать отдельные замысловатые пятна, мы смотрим на карту, которая состоит из пятен разного размера. С помощью карты можно определить количество этих пятен, а затем попытаться выяснить, какая именно Вселенная нам нужна, чтобы получилось нужное количество пятен разного размера. Ведь различным параметрам Вселенной будут соответствовать различные параметры пятен.

Пятна на реликтовом излучении свидетельствуют о настоящем шторме из гравитационных волн в ранней Вселенной. Области с высокой плотностью, как мы помним, начали сжиматься. А что происходит, когда газ сжимается? Ну, все зависит от того, из чего он состоит.

Давайте для начала представим, что газ состоит из обычной материи. Область с обычной материей, сжавшуюся в молодой Вселенной, можно сравнить с кучей футбольных мячей, которые вы сбрасываете с обеих сторон рампы для скейтборда. Снизу рампы мячи будут сталкиваться и снова разлетаться в разные стороны, перед тем как снова столкнуться. Но при каждом столкновении мячи будут терять часть энергии, и после нескольких раундов все мячи окажутся снизу, лишь изредка покачиваясь.

А что произойдет, если эти уплотняющиеся области будут состоять из темной материи? Тогда футбольные мячи пройдут друг дружку насквозь не врезаясь. Из-за отсутствия столкновений мячи бы продолжили снова и снова кататься по рампе, вместо того чтобы рано или поздно остановиться снизу. Этот механизм можно сравнить с тем, что мы наблюдали во вращающихся галактиках. Столкновения в обычной материи заставляют ее скапливаться в центре, в то время как несталкивающая ся темная материя собирается вокруг. Я не буду здесь подробно расписывать, каким образом отсутствие столкновений скажется на размере пятен, но, надеюсь, ясно, почему существуют различия.

График на следующей странице демонстрирует измерения со спутника «Планк», где пятна отсортированы по размеру, совсем как рыба для подружки-биолога. Слева — самые большие пятна, а по мере движения вправо пятна становятся все меньше и меньше. Высота кривой показывает количество пятен того или иного размера. Например, мы видим, что на небе очень много пятен протяженностью около одного градуса. Точки с черточкой показывают результаты измерений спутника. Высота этих линий означает возможную погрешность. Волнистая линия показывает теоретическую модель нашей Вселенной. И как видите, теория совпадает с реальностью. В этой теоретической Вселенной количество темной материи в пять раз превосходит количество обычной. Темная материя влияет, в частности, на то, насколько высоко располагаются разные пики по отношению друг к другу. Если убрать темную материю из наших моделей, то теоретическая линия перестанет попадать в точки измерения. В этом случае теория и наблюдения разойдутся.