Всё из ничего: Как возникла Вселенная

Однако Эйнштейн не был астрономом – а нужен был именно астроном, чтобы разобраться, что эффект, который он предсказал, можно не просто измерить, но еще и извлечь из него пользу. Для этого понадобилось оценить эффект гравитационной линзы, который оказывают на далекие объекты гораздо более крупные системы – галактики и даже скопления галактик, поскольку линзирование звезд звездами и правда слишком слабо. Не прошло и нескольких месяцев после публикации заметки Эйнштейна, как блистательный астроном из Калифорнийского технологического института Фриц Цвикки представил в журнал Physical Review статью, в которой показал практическую осуществимость именно такой схемы (и тем самым косвенным образом упрекнул Эйнштейна в том, что тот думал только о звездах и не сообразил, какими мощными гравитационными линзами могут служить галактики).

Цвикки славился вспыльчивым характером, зато далеко опережал свое время. Так, он еще в 1933 г. проанализировал относительное движение галактик в скоплении Волосы Вероники и на основании законов Ньютона определил, что галактики движутся так быстро, что должны были бы давно разлететься в стороны, а скопление – распасться. И если этого не произошло, то масса скопления гораздо больше – в 100 с лишним раз, – чем масса одних только звезд. Именно Цвикки по праву можно считать первооткрывателем темного вещества, хотя в то время его вывод был настолько неожиданным, что большинство астрономов, скорее всего, считали, что должно найтись какое-то другое объяснение, не такое экзотическое.

Статья Цвикки, опубликованная в 1937 г. и занимавшая всего страницу, была не менее примечательной. Он предложил три разных способа применения гравитационных линз: 1) проверка ОТО, 2) использование близлежащих галактик как своего рода космического телескопа для увеличения далеких объектов, которые иначе невозможно рассмотреть в земные телескопы, а главное – 3) ответ на загадку, почему скопления как будто весят гораздо больше, чем можно приписать одному лишь видимому веществу: «Наблюдения отклонения света вокруг туманностей способны обеспечить самое прямое определение масс туманностей и разъяснить вышеуказанное несоответствие».

Статье Цвикки уже более 80 лет, однако читается она как вполне современное предложение применять гравитационные линзы для исследования Вселенной. И в самом деле, сбылись все до единого прогнозы Цвикки, включая и самый главный – последний. Гравитационное линзирование далеких квазаров расположенными ближе них галактиками удалось пронаблюдать в 1987 г., а в 1998 г., спустя 61 год после того, как Цвикки предложил взвешивать туманности при помощи гравитационных линз, этот метод позволил определить массу крупного скопления.

В тот год физик Тони Тайсон и его коллеги из исследовательского центра Bell Laboratories (в свое время заслуженно увенчанного всевозможными лаврами, в том числе и нобелевскими, за самые разные достижения – от изобретения транзистора до открытия реликтового излучения) пронаблюдали крупное далекое скопление, получившее поэтичное название CL0024+1654, которое находится на расстоянии около 5 млрд световых лет от нас. Великолепный снимок космического телескопа имени Хаббла стал ярким примером кратного изображения далекой галактики, находящейся еще на 5 млрд световых лет дальше скопления. Видите сильно искаженные продолговатые пятнышки среди других галактик, в основном более округлых?

Когда разглядываешь этот снимок, он будоражит воображение. Во-первых, каждое пятнышко на фото – не звезда, а галактика. Каждая галактика состоит, может быть, из 100 млрд звезд, а при них, вероятно, сотни миллиардов планет, и среди них, не исключено, – давно погибшие цивилизации. Я говорю «давно погибшие», поскольку этой картинке 5 млрд лет. Свет оттуда отправился в путь за 500 млн лет до того, как сформировались наше Солнце и Земля. Многих звезд, запечатленных на этом снимке, давно уже нет, они израсходовали свое ядерное топливо миллиарды лет назад. Далее, искаженные очертания галактик – это именно тот эффект, о возможности которого говорил Цвикки. Большие искаженные изображения левее центра снимка – это сильно увеличенные (и вытянутые) версии той далекой галактики, которую иначе, вероятно, вообще не было бы видно.

Вычислить распределение массы в скоплении исходя из этого изображения – сложная и многоступенчатая математическая задача. Для ее решения Тайсону пришлось создать компьютерную модель скопления и проследить на основе законов ОТО все возможные пути, которыми свет источника может пройти сквозь скопление – и так до тех пор, пока итог не будет в наилучшей степени соответствовать наблюдениям ученых. В конце концов Тайсон с сотрудниками построил графическое изображение, которое точно показывало, где расположена масса в системе, запечатленной на изначальном снимке.