Прорыв за край мира

До сих пор реликтовое излучение остается главным источником информации в космологии. Карта реликтового излучения отражает карту неоднородностей плотности нашей Вселенной возраста 380 тыс. лет — фактически это ее детская фотография. Именно тогда плазма превратилась в нейтральный газ (момент рекомбинации) и фотоны пустились в свободное путешествие, постепенно смещаясь в красную, потом в инфракрасную, потом в микроволновую область из-за расширения Вселенной. После рекомбинации наступили темные века (dark ages), когда не существовало никаких ярких объектов, которые можно было бы обнаружить современной техникой. И только где-то через 700 млн лет из тьмы выплывают первые галактики и квазары, обнаруженные недавно в инфракрасном диапазоне. Еще до них зажглись первые звезды, не связанные с галактиками. Но этого мы пока не видим. Самый первый известный на сегодняшний день сигнал, возвестивший об окончании темных веков, — гамма-всплеск с красным смещением z = 8,2, испущенный сколлапсировавшей звездой через 630 млн после рождения Вселенной.

8. Почему Большой взрыв не гипотеза

До сих пор на каких-нибудь форумах в Интернете можно прочесть: «Большой взрыв — спорная гипотеза». Слава богу, сомнения в шарообразности Земли (пока еще?) не высказываются. Между тем у Большого взрыва и шарообразности Земли одинаковый статус: и то и другое — твердо установленные факты. В данном случае под Большим взрывом имеется в виду расширение Вселенной из состояния с огромной плотностью и температурой (каких именно — отдельный вопрос) в соответствии с решением Фридмана (с возможными модификациями).

Красное смещение, свидетельствующее о разбегании галактик, — лишь первый аргумент. По мере совершенствования техники наблюдений всплывали всё новые свидетельства. Телескоп часто сравнивают с машиной времени — мы наблюдаем в хороший телескоп молодую Вселенную и видим, что она существенно отличается от нынешней. Галактики выглядят по-другому. Когда-то они с виду имели неправильную форму, были меньше, но ярче — рождение звезд шло раз в двадцать интенсивнее, чем сейчас. Квазаров в ранней Вселенной было тоже во много раз больше, и они были ярче нынешних. То есть мы воочию видим, как Вселенная менялась.

На самом краю досягаемости мы видим, как изменилось состояние межгалактического водорода. Сейчас он ионизован, но есть нейтральные облака. Далекие квазары играют роль маяков, просвечивая пространство. В их спектре нейтральные облака видны как линии поглощения, соответствующие самой сильной линии водорода Лайман-альфа. Причем облака находятся на разном красном смещении, и каждое вырезает свою щель в спектре. Чем дальше в красную область спектра, тем гуще идут линии (явление получило название Лайман-альфа лес). Наконец, они сливаются в одно «корыто» — никакие кванты в этом диапазоне не доходят до нас, поскольку поглощающие облака сливаются в сплошную среду, в которой нейтральных атомов хватает, чтоб поглотить всё излучение маяка выше линии

Лайман-альфа. Квазар-маяк, с помощью которого увидели это явление, называемое эффектом Ганна — Петерсона, находится на красном смещении 6,28.

Почему где-то за красным смещением 6 (что соответствует возрасту Вселенной 900 млн лет) заполняющий космос газ частично нейтрален (целиком нейтральным он становится при z ~ 10, см. главу 32), а потом — ионизован? Эволюция молодой Вселенной дает ясный ответ: это сделали первые звезды и квазары, которые чуть раньше зажглись во Вселенной, — их ультрафиолетовое излучение ионизовало водород.

Так мы прослеживаем историю Вселенной до возраста 700 млн лет и видим, как она менялась в полном соответствии с теорией Большого взрыва. Дальше мы перепрыгиваем через темные века на отметку 380 тыс. лет, когда Вселенная имела температуру три тысячи градусов и плотность в миллиард раз больше, чем сейчас. Это эпоха рекомбинации, о которой рассказано выше. Здесь опять всё точно соответствует теории: реликтовое излучение, его температура, его спектр.

На этом мы пока остановимся. Карта реликтового излучения поведет нас дальше, гораздо ближе к истокам. Но это уже будет не предыстория, а история, которой посвящена книга.

Практика, конечно, не единственный критерий истины, но, пожалуй, самый убойный.

Человек, исследующий далекую Вселенную с помощью данных, добытых самыми разнообразными инструментами, пользуется теорией расширяющейся Вселенной, где Большой взрыв накрепко «зашит», примерно так же, как мореплаватели пользовались секстантом и хронометром. И если внезапно спросить исследователя: «А ты уверен, что Большой взрыв был на самом деле?» — он посмотрит и ответит примерно так же, как капитан времен Джеймса Кука, если бы его спросили: «А ты уверен, что Земля — шар?»

ЧАСТЬ II. НА ПОДСТУПАХ