|
Первые результаты масштабного исследования далеких сверхновых звезд (SNLS) показывают, что ускоренное расширение Вселенной в первом приближении неплохо описывается космологической постоянной в уравнении Эйнштейна, введение которой сам ученый называл своей «величайшей ошибкой».
Расширение
О том, что Вселенная расширяется, мы знаем из теоретических выкладок Александра Фридмана и наблюдений Эдвина Хаббла. Фридман в 1922-24 годах предложил модель нестационарной Вселенной, основываясь на решении уравнений общей теории относительности Эйнштейна, а Хаббл в 1929 году обнаружил, что галактики удаляются от нас тем быстрее, чем дальше они находятся (закон Хаббла), то есть наблюдаемая Вселенная расширяется.Предсказать нестационарность Вселенной вполне мог сам Эйнштейн. Собственно, он обнаружил в 1917 году, что его уравнения, будучи применены ко всей Вселенной в целом, предсказывают, что она должна сжиматься за счет самогравитации материи и энергии. Однако идея эволюционирующей Вселенной шла настолько вразрез с представлениями того времени, что Эйнштейн отбросил ее и ввел в свои уравнения специальный параметр, компенсирующий тяготение в космологических масштабах и обеспечивающий стационарность Вселенной. Этот параметр, получивший название космологической постоянной, проявлялся как очень слабое отталкивание любых двух масс, растущее с расстоянием.
Позднее, когда факт расширения Вселенной стал общепризнанным, Эйнштейн говорил, что введение в уравнения общей теории относительности космологической постоянной было самой большой ошибкой в его жизни, поскольку не позволило ему предсказать нестационарность Вселенной.
Долгое время космологическую постоянную игнорировали, считая просто забавным казусом и приравнивая к нулю. В этом случае расширение Вселенной, продолжающееся «по инерции» с момента Большого взрыва, должно постепенно замедляться за счет гравитации. Классическим стало обсуждение, сумеет ли тяготение остановить и повернуть вспять расширение Вселенной или плотности материи для этого не хватит.
|
Ускорение
И вот в 1998 году неожиданно появляются наблюдения, которые убедительно показывают, что Вселенная расширяется не с замедлением, а с ускорением! Первоначально вывод об ускоренном расширении Вселенной был сделан из анализа излучения далеких сверхновых звезд типа Ia. Светимость этих сверхновых звезд в максимуме блеска примерно одинакова и очень велика. Поэтому их можно использовать для оценки расстояния до далеких галактик. Группа под руководством Сола Перлмуттера (Saul Perlmutter) обнаружила, что далекие сверхновые выглядят немного слабее, чем должны в случае, если космологическая постоянная равна нулю.
Естественно, это сенсационное открытие стали тщательно проверять и уточнять. Ускорение расширения Вселенной при этом уверенно подтверждалось. Но вместе с тем начали обнаруживаться странности. Стало складываться впечатление, что характер этого ускорения не остается постоянным во времени. А такое меняющееся ускорение уже нельзя объяснить введением космологической постоянной в уравнение Эйнштейна, поскольку она перестает быть постоянной и становится функцией времени.
Оставайся космологическая антигравитация во Вселенной постоянной, можно было бы просто ввести в уравнения ненулевую космологическую постоянную, а ее конкретное значение признать наблюдаемым фактом. Но переменность этой величины во времени требовала какой-то физической модели, объясняющей природу сил отталкивания. Именно с этого момента стали всё меньше говорить о космологической постоянной и всё больше о некой темной энергии или квинтеэссенции, которая заполняет все пространство Вселенной и, расширяясь вместе с ней, меняет свойства, а вместе с ними и силу отталкивания. Смысл этой конструкции был в том, чтобы дать какое-то физическое объяснение тому, что космологическая антигравитация меняется во времени.
К сожалению, теоретические модели темной энергии очень трудно проверить экспериментально. Но астрономов-наблюдателей трудности теоретиков смущают в последнюю очередь. Крупный международный проект Supernovae Legacy Survey (SNLS), стартовавший в 2003 году, ставит своей целью собрать детальную информацию об особенностях расширения Вселенной. Достичь этого планируется за счет открытия в течение 5 лет около 700 далеких сверхновых звезд.
Сверхновые
Вспышки сверхновых — редкие события. В такой относительно крупной галактике, как наша, сверхновые вспыхивают в среднем раз в сто лет. Чтобы обнаружить сотни далеких, а значит слабых, сверхновых, во Франции разработали специальную цифровую камеру MegaCam с разрешением 384 мегапикселя. Ее установили на Канадско-Франко-Гавайском телескопе (CFHT) диаметром 3,6 метра, который располагается на горе Мауна-Кеа на Гавайях. Эта уникальная система сочетает высокую чувствительность с чрезвычайно большим для такого инструмента полем зрения — около 0,8 квадратного градуса (четыре площади полной Луны).
За пять лет по программе SNLS планируется отработать около 500 наблюдательных ночей. Обнаруженные в ходе работы сверхновые дополнительно изучаются на крупнейших оптических инструментах мира — 10-метровых телескопах Кека, а также 8-метровых Джемини и VLT — для проверки по спектру, принадлежат ли они к типу Ia. Понятно, что все астрофизики с нетерпением ждут результатов этого масштабного проекта, который может поставить крест на одних моделях темной энергии, а другим, наоборот, дать надежду на удачу.
|
И вот на днях в журнал Astronomy & Astrophisics опубликовал статью с первыми промежуточными итогами проекта SNLS. Статья суммирует результаты, полученные за первый год осуществления проекта. Всего за это время была обнаружена и изучена 71 сверхновая звезда на расстояниях от 2 до 8 миллиардов световых лет.
Главным и весьма неожиданным выводом этой работы является то, что, по всей видимости, ускорение расширения Вселенной на всем этом отрезке времени остается постоянным. Иными словами, полученные данные согласуются с представлением о фиксированном значении космологической постоянной в течение всего этого периода. Как говорится в пресс-релизе Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology), «эффект темной энергии, ускоряющей расширение Вселенной, с погрешностью не более 10% согласуется с представлением о знаменитой космологической постоянной Эйнштейна».
Таким образом, новые результаты могут неожиданно закрыть вопрос о природе темной энергии, вернув космологов к вопросу об определении значения космологической постоянной. Если это случится, то «величайшая ошибка Эйнштейна» может в третий раз обрести полноценные права гражданства в космологии. Но, конечно, чтобы говорить об этом уверенно, нужно дождаться окончательных результатов обзора SNLS, которые в 2-3 раза повысят точность полученных на сегодня оценок.
