Все о космосе

Космос. Астрономия. Вселенная. Наука

Leaf
Главная
Новости
FAQ по Астрономии
Астрословарь
Древняя астрономия
Современные теории
Метагалактика
Солнечная система
Статьи о космосе
Космонавтика
Галерея астрофото
Популярно о космосе
Карта сайта
Поиск
Обратная связь
Партнеры

Астрономия


Leaf Главная arrow Современные теории arrow Современные теории о космосе и жизни arrow Вселенная, в которой мы обитаем. Новые открытия Ч.2



Вселенная, в которой мы обитаем. Новые открытия Ч.2 PDF Напечатать Е-мейл
Оглавление статей
Вселенная, в которой мы обитаем. Новые открытия Ч.2
Страница 2

 

 

Темная масса

 

Скрытая (или темная) масса тоже не внезапно возникла в астрофизике. Вы­воды работы А. Фридмана (1922 г.), в которой он рассматривал разные вари­анты кривизны мира, касались даль­нейшей судьбы Вселенной, которая за­висит от средней плотности ее вещес­тва. Вселенная может неограниченно расширяться; расширение может оста­новиться; его может сменить сжатие... Два последних варианта активно рас­сматривались астрофизиками, причем в 80-е годы в них было включено так­же невообразимо быстрое расширение Вселенной (так называемая инфля­ция), происшедшее в первые мгнове­ния Большого Взрыва. Средняя плот­ность вещества во Вселенной в прин­ципе поддавалась определению уже в середине XX века. Но получалось что-то странное. В 30-е годы астроном Ф. Цвикки изучал движение связан­ной группы галактик, каждая из кото­рых движется настолько быстро, что должна была бы покинуть группу, так как их общее тяготение примерно в 10 раз меньше того, что могло бы их удер­жать. Тем не менее, они остаются в составе   группы.   Суммарную массу звезд, газа и пыли в галактиках уче­ные умеют определять. Она недоста­точна. Оставалось предположить, что есть еще какая-то Темная Масса, что-то, чего астрономы не замечают. Но почему? Именно среднюю плотность вещества, включая Темную Массу, астрономы надеялись получить из но­вых наблюдений очень удаленных сверхновых, сопоставляя их с другими данными, полученными из наблюде­ний реликтового излучения.

Реликтовое излучение

На явное несоответствие массы ви­димого вещества Вселенной его наблю­даемому движению указывает еще один экспериментальный результат. Это тот самый уникальный эффект, ко­торый в 1948 г. был предсказан Гамовым, а соответствующим инструмен­том космология обзавелась немного позже, в последней трети XX века. В российской науке его называют релик­товым излучением, в западной — мик­роволновым космическим фоновым из­лучением. За его открытие в 1965 г. астрофизики А. Пензиас и Р. Уилсон (США) были удостоены Нобелевской премии. Тогда тем, кто знаком с радио­техникой, было интересно узнать, что возможности снижения шума в прини­маемом радиосигнале не беспредель­ны. Даже самые совершенные антенны вместе с полезным сигналом принима­ют небольшой шум, который, как ока­залось, приходит сразу отовсюду. Его происхождение поняли далеко не сра­зу (экспериментаторы не любят читать теоретические статьи). Оказалось, что это... свет остатков вспышки Большого Взрыва. Когда-то он был почти таким же ярким, как свет Солнца, но шел со всех сторон. В течение 400 тысяч лет после Большого Взрыва среда остава­лась настолько плотной и горячей, что была непрозрачной для собственного излучения. Наконец, когда из-за рас­ширения температура упала до 4000 градусов, среда стала прозрачной, и из­лучение с температурой 4000К вырва­лось на свободу. То же пространство окружает нас со всех сторон и сегодня, но оно настолько расширилось, что из-за красного смещения максимум излу­чения сместился с 0,7 мкм (оранжевый свет) до 1 мм (радиоволны), и воспри­нимается как радиошум, излучаемый телом с температурой, близкой к абсо­лютному нулю (2,7К). Реликтовое из­лучение стало особой темой космоло­гии. Оно заменило когда-то существо­вавшее понятие эфира: скорость дви­жения Солнечной системы, Земли или космического аппарата нельзя найти относительно вакуума, но можно опре­делить относительно реликтового излу­чения. А нельзя ли по его неоднородностям определить, как было разбросано вещество в пространстве в мгновенье Большого Взрыва? Оказалось, что мож­но. Реликтовое излучение позволило выбрать из моделей Фридмана плоскую Вселенную. Для измерения понадоби­лись приборы, способные уловить в нем ничтожные неоднородности в стотысяч­ные доли градуса. Неоднородности фона по данным спутника WMAP показаны на рисунке вверху слева, а справа пока­зано распределение неоднородностей по угловым размерам. Глубокий физичес­кий смысл этой диаграммы предсказал А.Д. Сахаров; поэтому ее называют "сахаровские колебания". Наблюдения по­казывают, что, во-первых, фон, в об­щем, достаточно однороден. Во-вторых, сахаровские колебания демонстрируют наличие таких неоднородностей, для образования которых "обычного" ве­щества было явно недостаточно. Что-то непонятное и массивное уже тогда при­сутствовало в рождающейся Вселенной.

В мире четырех десятых процента

Все звезды обращаются вокруг цен­тра Галактики, которая имеет форму диска. Солнце со своими планетами завершает один оборот вокруг центра за 250 миллионов лет. Вокруг центра обращаются и шаровые звездные скопления, которые при этом перио­дически то поднимаются над плоскос­тью Галактики, то опускаются под нее. Опять-таки, суммарная масса звезд, газа и пыли в диске Галактики значительно меньше той массы, кото­рая должна была бы объяснить и обра­щение звезд, и такое своеобразное дви­жение шаровых скоплений. В связи с актуальностью новых космологичес­ких задач, астрономы со всей тщатель­ностью взялись за ревизию существу­ющих оценок массы Вселенной. Ре­зультат   оказался   ошеломляющим: все, что мы видим во Вселенной, — звезды, газ, пылевые скопления и почти открытые черные дыры — со­ставляют всего... 0,4% ее массы. (А еще недавно предполагалось, что основная часть массы Вселенной сосредоточена в звездах.) Излучение дает еще 0,005%. С высокой вероятностью су­ществуют относительно массивные, пока еще не открытые, несветящиеся объекты. Прежде всего, это межга­лактические облака водорода, кото­рые по ряду причин трудно обнару­жить. На них-то и приходится основ­ная масса обычного вещества, около массы Вселенной! Больше взять неоткуда. Эти 4% образует мате­рия, состоящая из барионов, к классу которым относятся нейтроны и прото­ны. Электроны столь же многочислен­ны, как и протоны, но их масса на не­сколько порядков меньше. Барионная материя — это весь мир обычного ве­щества Вселенной. Опубликованные в 2003-04 гг. результаты новых иссле­дований свойств реликтового излуче­ния приборами спутника WMAP пока­зали, что в общей сумме барионной и темной масс барионная материя зани­мает только 17%.


<Предыдущая   След.>