Pro темную материю

Телескоп Южного полюса расположен на высоте 2830 метров в окружении льдов. Этот телескоп был построен в первую очередь для изучения реликтового излучения. Как говорят сами ученые – это активный инструмент, зондирующий эволюцию Вселенной. Он ищет реликтовое излучение, получая все больше информации, больше деталей, уменьшая вероятность ошибки.

Проект финансируется Национальным фондом содействия развитию науки, в работе участвуют представители разных университетов. Холод, ветер, лед не мешают работе телескопа, но представляют трудности для обслуживающего его персонала, астрономов и астрофизиков, проводящих на нем исследования. С другой стороны, чистый и разреженный воздух Южного полюса является благом для всех: меньше искажений попадает в получаемые изображения. Самым важным для астрономии является сухость воздуха. Даже малые количества влаги могут поглощать микроволновые сигналы, а это значит, что фотоны не дойдут до телескопа. Эти испарения сами могут излучать сигналы такого же рода, а это в свою очередь означает, что наблюдатели могут ошибиться и принять влажность за историю. Технически, Антарктида – пустынный климат, снег идет редко. Снег на самом полюсе – это результат работы ветра, который миллионы лет приносит его сюда с периферийных частей континента. Вода практически не испаряется в атмосферу и не приносится от далекого и расположенного на три километра ниже океана. Потрескавшиеся от сухости руки у людей, работающих в Антарктиде, не заживают неделями, зато не приходится бороться с потом.

Место выбрано не случайно – фактически это лучшие условия для занятия астрономией на Земле. Следует отметить стабильность атмосферы из-за отсутствия нагревания и охлаждения, которые бывают там, где каждый день встает и садится Солнце.

В этой книге уже говорилось о теории возникновения Вселенной и ее «поведении» сразу после Большого взрыва. Проверить их можно только через косвенные наблюдения. Согласно основной принятой теории, всего через 10–36 секунд после Большого взрыва начался этап экспоненциального расширения, или инфляция. Источником этого процесса была некая энергия с отрицательной плотностью. Инфляционная теория объясняет неравномерность реликтового излучения и темную энергию. К тому же все оставляет следы.

Внезапная остановка инфляции должна была послать сквозь Вселенную гравитационные волны. В отличие от электромагнитных, эти волны легко могли пройти сквозь молодую непрозрачную Вселенную. Их частота и амплитуда связана со свойствами Вселенной в момент окончания инфляции.

В настоящее время разрабатываются эксперименты по регистрации гравитационных волн, предсказываемых общей теорией относительности. Аппаратура, установленная на Южном полюсе, должна их заметить, хотя пока этого не произошло. Она направлена на регистрацию самых мощных гравитационных волн, возникающих при столкновении двух черных дыр. Остатки древних волн тем более недоступны, опять же приходится обращаться к косвенным методам наблюдения, и снова – к реликтовому излучению. Оно должно хранить следы древних гравитационных волн.

Одна из камер телескопа Южного полюса (а к нему регулярно добавляется новое оборудование) предназначена для различения поляризации в реликтовом излучении. Это явление возникает при рассеивании электронов в излучении, но воздействие гравитационных волн должно слегка изменять картину. Продвигаясь через пространство и время, волна немного сдвигает электроны, из-за чего поляризация реликтового излучения меняется. Это изменение очень незначительно.

Кроме изменения поляризации из-за волн присутствуют намного более сильные изменения из-за неравномерно распределения материи, а значит и рассеиваемых электронов, во Вселенной. С помощью установленной аппаратуры американцы надеются запечатлеть происходившее в триллионную в третьей степени долю секунды после рождения Вселенной. Только что родившаяся Вселенная была невероятно плотная, горячая и наполненная мощным излучением. По мере расширения и остывания Вселенной наполнявшее ее вначале излучение становилось не таким заметным. Длины волн изначального излучения удлинялись вместе со Вселенной, и теперь, почти 14 млрд лет спустя, нам осталось от тех времен только слабое микроволновое излучение.

Исследование реликтового излучения – основной способ проникновения в тайны прошлого, в первые секунды после рождения Вселенной. Например, около 20 лет назад изучение еле заметных вариаций в интенсивности реликтового излучения в пространстве показало, что материя в молодой плотной Вселенной была распределена неравномерно. Там, где она незначительно скопилась, затем появились галактики.