Вселенная. Вопросов больше, чем ответов

Вернемся к не раз уже упомянутому моменту рекомбинации. До этого момента в непрозрачной плазме излучение и вещество были тесно «перемешаны», можно сказать — они «отслеживали» харак­теристики друг друга. После же момента рекомбинации излучение начало распространяться свободно, неся в себе «отпечаток» харак­теристик вещества, точнее — распределения его плотности.

А вещество обязано быть хоть слегка, да неоднородным, это мы знаем твердо. Ведь мы же имеем возможность наблюдать гравитационно-связанные объекты — те же галактики, «вырос­шие» из тех самых начальных неоднородностей?¹ Чтобы такой гравитационно-связанный объект образовался, контраст плот­ности² в данной области должен превысить величину порядка единицы (точные расчеты для граничного значения дают оцен­ку в районе 1,7).

После чего начинается «обособление» данной области от кос­мологического расширения Вселенной и ее дальнейший коллапс с образованием того или иного объекта. При этом контраст плот­ности, конечно, продолжает расти — но в рамках данного расска­за этот рост нас уже не интересует, важным тут является то самое граничное значение, близкое к единице.

¹ Точнее, впрочем, «промежуточных». Самыми-самыми начальными были квантовые флуктуации плотности, о которых мы упомянули при рассказе о теории инфляции. — Примеч. авт.

² Контраст плотности — отношение возмущения плотности к средней плот­ности Вселенной. В свою очередь, возмущение плотности — это разность плотности в данной точке и той же средней плотности Вселенной. " Примеч. авт.

338

— Вселенная как она есть —

Можно показать (этим занимается теория возмущений), что до достижения граничного значения эволюция контраста плот­ности идет по линейному закону. Только в космологии линеен он не по времени, а по так называемому масштабному фактору а, характеризующему расширение Вселенной и соответствующее изменение размеров в ней.

Масштабный фактор можно легко связать с красным смеще­нием z (уточним на всякий случай — красным смещением, свя­занным с космологическим расширением, конечно же). Формула настолько простая, что мы ее даже приведем: а = 1/(1 + z). В чис­лителе стоит единица, потому что принято, что в настоящее вре­мя масштабный фактор единице и равен.

А красное смещение, в свою очередь, в космологии очень ча­сто играет роль «временной» координаты. Легко догадаться по­чему — ведь чем дальше от нас объект, тем более «молодым» мы его видим, за счет конечности скорости света. С другой же сто­роны, чем он дальше — тем больше его скорость за счет закона Хаббла и, следовательно, тем больше красное смещение.

Так вот, возвращаясь к моменту рекомбинации — этот мо­мент, на языке космологии, произошел на красном смещении порядка 1000. Тогда масштабный фактор, исходя из вышеприве­денной формулы, должен быть равен примерно одной тысячной (размеры Вселенной, следовательно, в то время были в юоо раз меньше, чем сейчас). И контраст плотности, приведший к обра­зованию структуры Вселенной, тоже должен был быть порядка одной тысячной. Что, в свою очередь, должно было привести к флюктуациям температуры реликтового излучения (на опреде­ленном масштабе) такой же примерно величины.

Но ничего подобного обнаружено не было! Ни на уровне °Дной тысячной, ни даже на уровне, в десять раз меньшем.

Впрочем, сделаем небольшую ремарку. На самом деле кое- какая анизотропия реликтового излучения все-таки обнаружи­лась — так называемая дипольная анизотропия реликтового из­лучения. Она тоже была вполне ожидаема, но никакого отноше­ния при этом к процессам формирования структуры Вселенной

339

— Часть VI —

не имела. Причиной ее является движение наблюдателя относи­тельно космологического фона реликтового излучения — обыч­ный эффект Доплера. В «передней» полусфере неба излучение на нас «набегает», его длина волны слегка уменьшается, а темпе­ратура, соответственно, немного «подрастает». В «задней» — на­оборот, длина волны растет, а температура падает. На языке чи­сел «немного» — это примерно три тысячных градуса Кельвина.

Однако не следует думать, что дипольная анизотропия — это совсем «пустяки, дело житейское». Нет, польза от нее тоже есть, и весьма существенная. Эта анизотропия позволила установить своего рода «абсолютную» систему отсчета, связанную с релик­товым фоном. Использование такой системы позволяет «очи­стить» картину движений тех же галактик от компонент, связан­ных, например, с движением Земли вокруг Солнца, Солнца во­круг центра Галактики, Галактики в Местной группе и т. д. После чего мы будем иметь дело (по крайней мере существенно к этому приблизимся) с «истинными» космологическими скоростями, обусловленными расширением Вселенной.

Кстати, скорость движения Местной группы к Великому Аттрактору и сверхскоплению в Деве, о которой мы уже упоми­нали ранее (боо км/с), — это скорость именно по отношению к реликтовому фону.