Pro темную материю

Реликтовое излучение – фоновое космическое излучение, спектр которого близок к спектру абсолютного черного тела с температурой около 3К. Оно наблюдается на волнах от нескольких миллиметров до десятков сантиметров, оно практически изотропно. Происхождение реликтового излучения связывают с эволюцией Вселенной, которая в прошлом имела очень высокую температуру и плотность излучения.

Читатели помнят, что в соответствии с теорией Большого взрыва ранняя Вселенная представляла собой горячую плазму, которая состояла из электронов, барионов и фотонов. Фотоны постоянно взаимодействовали с остальными частицами плазмы, сталкиваясь с ними и обмениваясь энергией. Излучение находилось в состоянии теплового равновесия с веществом, а его спектр соответствовал спектру абсолютного черного тела. Но шло расширение Вселенной, и красное смещение приводило к остыванию плазмы, а электроны получили возможность соединяться с протонами (ядрами водорода) и альфа-частицами (ядрами гелия), таким образом появлялись атомы. Свободного пространства между частицами стало больше, заряженных частиц меньше, фотоны перестали так часто рассеиваться и смогли свободно перемещаться в пространстве, практически не взаимодействуя с веществом. Реликтовое излучение и составляют те фотоны, которые были в то время излучены плазмой, избежали рассеяния и до сих пор достигают Земли через пространство продолжающей расширяться Вселенной. Реликтовое излучение было предсказано еще в 1948 году Георгием Гамовым, Ральфом Альфером и Робертом Германом.

Один из ветеранов работы на Южном полюсе – Уильям Хольцапфель, астрофизик из Калифорнийского университета в Беркли, он начинал работать в Антарктиде, когда телескопа Южного полюса еще не было. Еще в студенческие годы он заинтересовался теорией Большого взрыва и принимал участие в нескольких проектах по его моделированию. Теперь ученый занимается поиском реликтового излучения в наиболее подходящих для этого условиях на планете Земля.

Телескоп Южного полюса – еще один из дюжин экспериментов, связанных с темной энергией, которые проводились и продолжают проводиться в XXI веке. Ученые исследуют эволюцию структуры Вселенной со времени Большого взрыва до того состояния, которое мы наблюдаем сегодня. Как говорит Уильям Хольцапфель, его цель – попробовать определить, как Вселенная стала такой, как сегодня. Более того, телескоп должен заглянуть и в будущее. То есть Хольцапфель интересуется и судьбой Вселенной, тем самым, чем занимались группы Сола Перлмуттера и Брайана Шмидта.

Исследование природы темной энергии

Сол Перлмуттер признавался, что уже в 1998 году, когда он сдавал статью о своих открытиях в «Астрофизический журнал», то думал о следующем шаге в поиске и изучении сверхновых. Как открыть наибольшее из возможных количество сверхновых? Очевидным ответом был космический телескоп. «Хаббла», как понимал Перлмуттер, недостаточно, причем по нескольким причинам. Во-первых, сложно забронировать время. Во-вторых, возможности обзора «Хаббла» недостаточны для грандиозных проектов по сверхновым. Перлмуттер с коллегами и Министерство энергетики пришли к выводу, что им нужен свой собственный телескоп в космосе. Начались разработки с использованием новейших достижений науки и техники. Но строительство космического зонда для изучения сверхновых (проект получил название SNAP – Supernova Acceleration Probe) не могло обойтись без вмешательства НАСА, поскольку требовалось 600 млн долларов. Однако НАСА не склонно выделять такие суммы для ученых, когда не видит реальной пользы проекта для себя.

В 2004 году НАСА назначило комиссию для всесторонней оценки проекта. Естественно, встал вопрос, смогут ли ученые с помощью этого проекта узнать все, что им нужно, о сверхновых, темной материи и темной энергии? Ученые пытались объяснить, что в рамках одного проекта невозможно узнать все о темной энергии, с точным определением которой не определились до сих пор. В результате они получили отказ.

К этому времени по картам космического фонового излучения уже вывели форму Вселенной, это дало основание считать, что масса Вселенной намного больше, чем предполагалось ранее. А Сол Перлмуттер с коллегами, изучавший красное смещение сверхновых типа Ia с целью определения скорости расширения Вселенной, сделал открытие: эти сверхновые в действительности на 17–25 % более тусклые, чем предполагалось по теории Большого взрыва. Они дальше от нас, чем показывали прежние прогнозы, и скорость расширения Вселенной растет. После фактически одинаковых открытий Сола Перлмуттера и группы Брайана Шмидта, о которых подробно рассказывалось выше, ученые пришли к выводу, что должна существовать отрицательная гравитация. Вот ее и назвали темной энергией, и все ученые мира принялись за формулировку теории.