Pro темную материю

Вспомним Адама Рисса и сверхновую SN 1997f, о наблюдении которой он рассказал на симпозиуме «Темная Вселенная» в 2001 году. Ученый представил доказательства того, что Вселенная в один момент «повернулась», то есть перешла от замедления расширения к ускорению расширения, замедление происходило при гравитационном притяжении материи, а ускорение пошло под влиянием контргравитационной силы темной энергии. На основании своих открытий и выводов Рисс запросил выделить время на телескопе «Хаббл» для дальнейшего изучения сверхновых, и в 2003 году его группа объявила, что определено время, когда Вселенная совершила этот разворот – примерно 5 млрд лет тому назад. В 2004 и 2006 годах команда представила доказательства того, что даже когда темная энергия проигрывала схватку с материей (девять млрд лет назад), темная энергия во Вселенной все равно присутствовала.

Еще один метод, рекомендованный «Рабочей группой для решения вопроса темной энергии», – это использование барионных акустических осцилляций, или БАО. Это рябь плотности галактик или волны плотности в сверхбольших масштабах, сбивающие вещество в пузыри. Еще в 1970 году Джим Пиблс говорил звуковых волнах (акустических осцилляциях), которые проходили через первобытный газ с пиками интенсивности с интервалом в 436000 световых лет. По мере расширения Вселенной периоды между пиками интенсивности тоже удлинялись и в настоящее время составляют 476 млн световых лет. На пиках этих очень больших волн формировались галактики, и на основании распределения галактик по различным эпохам астрономы могут увидеть, как интервалы между пиками менялись со временем – и таким образом, как быстро расширялась Вселенная.

Если сверхновые типа Ia ведут себя как стандартные свечи, то интервалы между пиками – как стандартная линейка. Но 476 млн световых лет – это большой участок неба даже для космологии. Технически приложить «линейку» к карте было невозможно до 2005 года – до тех пор, пока участники проекта «Слоуновский цифровой небесный обзор» не нанесли на карту месторасположение 46748 галактик. Это был проект широкомасштабного исследования изображений и спектров звезд и галактик, названный в честь Альфреда Слоуна. Ставилась цель провести картографирование 25 % небесной сферы, получить снимки более 100 млн объектов и спектров для 1 млн объектов. Участники использовали 2,5-метровый широкоугольный телескоп в обсерватории Апачи-Пойнт в штате Нью-Мексико.

Третий метод – слабое гравитационное линзирование, о котором я рассказывал выше. Предлагалось использовать искажение луча света от далеких галактик из-за гравитационного влияния находящихся на переднем плане скоплений галактик. Астрономы уже использовали этот метод для «взвешивания» темной материи, определяя формы миллионов галактик на различных расстояниях, что позволяло прозондировать массу вклинивающихся скоплений. После 1998 года слабое линзирование стали использовать для определения количества скоплений на протяжении эволюции Вселенной. Скорость скопления зависела от того, как быстро расширялась Вселенная и поэтому от влияния темной энергии в различные эпохи.

Четвертым методом пользовался Уильям Хольцапфель на Южном полюсе. Он тоже связан со скоплениями галактик и называется эффект Сюняева – Зельдовича в честь российских ученых астрофизика Рашида Сюняева (род. в 1943) и физика-теоретика Якова Зельдовича (1914–1976), которые предсказали его в 1969 году. Это изменение интенсивности радиоизлучения реликтового фона из-за обратного эффекта Комптона (или комптоновского рассеяния – некогерентного рассеяния фотонов на свободных электронах) на горячих электронах межзвездного и межгалактического газа. С помощью этого эффекта можно измерить диаметр скопления галактик, благодаря чему скопления могут быть использованы в качестве стандартной линейки при построении шкалы расстояний во Вселенной.

Уильям Хольцапфель высказал предположение, что если плотность темной материи или свойства темной энергии менялись, эти изменения в первую очередь должны отразиться в скоплениях галактик. Телескоп на Южном полюсе должен со временем поймать эти изменения. Сколько было скоплений такое-то количество миллиардов лет назад? Сколько сейчас? Нужно собрать как можно больше данных, сравнить с компьютерными моделями, использовать все возможные методы и работать дальше. Однако, судя по ускоряющемуся расширению, через сотню миллиардов лет мы останемся с одним скоплением галактик, нашим собственным, и не сможем видеть, что еще имеется во Вселенной.

Вручение премий

Сол Перлмуттер, Брайан Шмидт и Адам Рисс стали лауреатами Нобелевской премии, но до этого они получили и другие награды.