Нераскрытые тайны природы. Расширяющий кругозор экскурс в историю Вселенной с загадочными Большими Взрывами, частицами-волнами и запутанными явлениями, не нашедшими пока своего объяснения

Малоун Джон

После сенсационного доклада 1925 г. Хаббл вернулся к изучению так называемого красного смещения в цефеидах спиральной туманности, которую он считал скоплением галактик. Красным смещением называется сдвиг в красную область спектра излучения при удалении источника излучения от наблюдателя. Этот эффект на протяжении ряда лет изучал астроном Весто Слайфер в обсерватории имени Ловелла (Флагстаф, штат Аризона), однако в 1922 г. он занялся другими проблемами, тогда как Хаббл продолжал исследования и пришел к выводу, что красное смещение доказывает разбегание галактик и соответственно постоянное расширение Вселенной. Закон Хаббла, сформулированный в 1929 г. и остающийся

основным методом оценки размеров и возраста Вселенной, утверждает, что чем дальше от нас находится галактика, тем сильнее проявляется в ней красное смещение.

К этому времени внимание американских астрономов привлекли результаты, полученные на телескопах обсерваторий Маунт-Вильсон и имени Ловелла, которые по своим возможностям значительно превосходили европейские. С другой стороны, европейские физики во главе с Альбертом Эйнштейном успешно разрабатывали математические теории строения Вселенной. В начале 1930-х годов астрономы и физики начали сознавать, что они с разных сторон подходили к одинаковым проблемам. Это привело к активному взаимодействию теоретиков и астрономов-наблюдателей, в результате которого произошло «перекрестное опыление» и возникла теория Большого Взрыва, подробно описанная в гл. 1. В соответствии с этой теорией все вещество и энергия Вселенной 10—20 миллиардов лет назад были сконцентрированы в ничтожно малом объеме, практически в точке с бесконечно большими температурой и плотностью. Затем произошел взрыв и высвободившаяся энергия породила многочисленные галактики, которые мы и наблюдаем.

Как уже отмечалось выше, многие ученые не принимали теорию Большого Взрыва всерьез до тех пор, пока в начале 1960-х годов не было обнаружено так называемое микроволновое фоновое излучение, предсказанное теорией как реликт Большого Взрыва. Понадобились усилия физиков и астрономов на протяжении почти столетия, начиная с первой статьи Эйнштейна по теории относительности в 1905 г., обнаружения Генриеттой Ливит закономерностей в яркости цефеид, теории Хаббла множественности вселенных, совместно с новейшими открытиями в радиоастрономии, чтобы возникли реальные основания для определения размеров, возраста и будущей судьбы Вселенной.

Наконец, астрономы получили в свое распоряжение космический телескоп «Хаббл», названный в честь ученого, впервые указавшего на существование огромного числа галактик. Первоначально предполагалось, что телескоп «Хаббл» подтвердит предполагаемый возраст Вселенной в 14—20 миллиардов лет и значительно расширит возможности наблюдения удаленных звезд. Телескопы на Земле позволяют регистрировать цефеиды, находящиеся на расстоянии в пределах 15 миллионов световых лет от нас. Когда телескоп «Хаббл» был полностью введен в действие (это произошло после ремонта его главного зеркала в 1993 г.), ученые получили возможность наблюдать цефеиды, удаленные на 60 миллионов световых лет.

Уже первый отчет 1994 г. группы астрономов, использовавших данные с телескопа «Хаббл», поверг всех в изумление. До этого считалось бесспорным, что постоянная Хаббла (скорость расширения Вселенной в законе Эдвина Хаббла, предложенном в 1929 г.) составляет 50 км/(с • мегапарсек). Читатель может вполне реально представить себе расстояние в 50 км, однако мегапарсек является величиной совершенно иных масштабов: 1 парсек равен 3,26 световых лет, а мегапарсек — это миллион парсек. Ближайшая к нам галактика Туманность Андромеды находится на расстоянии около 2 миллионов световых лет, и астрономы запросто оперируют со значительно большими расстояниями. Однако при этом их крайне беспокоит, если новые результаты

приводят к резкому изменению этих величин, а именно это произошло в 1994 г.!

Группа из 22 астрономов, используя телескоп «Хаббл», изучила 20 цефеид в галактике M100, расположенной в центре сверхскопления созвездия Девы. Красное смещение света этих цефеид показало, что галактика M100 находится гораздо ближе к нам, чем предполагалось, из чего вытекало, что постоянную Хаббла следует увеличить до 80 км/(с • мегапарсек), т. е. Вселенная расширяется значительно быстрее, чем думали раньше. Столь высокая скорость расширения, в свою очередь, свидетельствует о том, что наша Вселенная значительно моложе, чем считалось до сих пор, и ее возраст составляет не 14—20 миллиардов, а всего лишь около 8 миллиардов лет.

Казалось бы, уже следовало привыкнуть к драматическим изменениям временных и пространственных масштабов. Однако с последней цифрой было трудно смириться. Она застряла у астрономов, как кость в горле. Дело в том, что в результате длительных и тщательных исследований уже давно и, как казалось, вполне надежно было установлено, что возраст самых старых звезд в нашей галактике — Млечном Пути составляет около 14 миллиардов лет. Это означает, что такие звезды старше, чем Вселенная в целом, чего не может быть.

Поддавшись панике, некоторые астрофизики даже предложили вернуться к так называемой космологической постоянной, которую Эйнштейн использовал при построении общей теории относительности, но позднее исключил из всех уравнений. С другой стороны, было бы проще предположить, что причина в ошибочных измерениях, проводимых с использованием телескопа «Хаббл». Группа ученых вернулась к работе и постаралась перепроверить полученные данные. В новом отчете, опубликованном в мае 1999 г., было приведено значение постоянной Хаббла 70 ± 7 км/(с • мегапарсек), нижний предел которой [63 км/(с • мегапарсек)] примерно соответствует возрасту старейших звезд Млечного Пути, причем одновременно другие исследования показали, что и ранние оценки возраста этих звезд были завышены. Руководитель группы Венди Фридман из обсерватории Карнеги (Пасадена, штат Калифорния) сказала в своем выступлении 25 мая 1999 г. по этому поводу, что «после долгих лет наконец наступила эпоха точной космологии» (в связи с этим хочется еще раз вспомнить Генриетту Ливит и отметить возросшую роль женщин в астрономии).

Буквально через несколько дней после этого заявления Венди Фридман, 1 июня 1999 г., на съезде Американского астрономического общества в Чикаго были представлены материалы важного исследования, ставящие под сомнение многие полученные ранее результаты. Используя систему радиотелескопов, расположенных далеко друг от друга, астрономам удалось с высокой точностью измерить расстояние от Земли до одной из галактик, находящихся в созвездии Большой Медведицы, составляющее 23,5 миллионов световых лет. Система радиотелескопов состояла из 10 идентичных антенн-тарелок диаметром 25 м и была эквивалентна телескопу диаметром примерно 8000 км.

Результаты эксперимента показали, что размеры Вселенной примерно на 15% меньше, чем предполагалось до сих пор, и соответственно она настолько же моложе. Изучаемая галактика, обозначаемая NGC 4258, по мнению Джеймса Морана из Гарвардского университета, может считаться «истинным подарком природы для радиоастрономов», так как среди ее объектов есть так называемые мазеры — источники очень мощного радиоизлучения. Эти эксперименты считаются в настоящее время самыми точными и тоже доказывают, что Вселенная моложе самых старых звезд Млечного Пути.