Годовые кольца Вселенной

Трехмерная карта Вселенной, полученная в результате выполнения проекта SDSS.
Фото NASA, NSF, DOE

Альберт Эйнштейн, создавший две теории относительности – специальную (СТО) и общую (ОТО), – много лет колебался в отношении своих детищ. Поначалу он ввел так называемую космологическую постоянную, которая учитывала расширение Вселенной. Потом, склонившись в пользу стационарности космоса, вывел константу, чтобы попытаться вновь загнать Вселенную в рамки. Эдвин Хаббл, открывший красное смещение, полагал все же, что галактики от нас «убегают».

Но жаркие споры по поводу реальности «расширяющейся Вселенной» продолжались вплоть до 1998 года, когда окончательно было установлено, что Вселенная мало того что расширяется после Большого взрыва, но делает это с ускорением. Что сразу же породило представление о загадочных темной материи и темной энергии, которые никто никак не может обнаружить┘

В космических далях все измеряется миллионами и миллиардами световых лет, поэтому повышение разрешающей способности телескопов и зондов, позволяющих видеть объекты диаметром в сотни тысяч километров, считается большим достижением. В январе пришло сообщение о создании новой и самой большой 3D-карты Вселенной, зафиксировавшей 14 тыс. квадратных градусов, то есть почти треть звездного неба. Оцифровка дала свыше триллиона пикселей с более чем миллионом светящихся галактик с красным смещением, позволяющим измерить их удаленность от земного наблюдателя.

Смещение также позволило определить картину Вселенной, возраст которой после Большого взрыва составлял от 7 до 11 млрд. лет. Картирование произвели сотрудники Министерства энергетики США совместно с исследователями Лаборатории имени Лоуренса в Беркли, пригороде Сан-Франциско.

Картирование позволяет проводить точные расчеты механизмов «собирания» материи с момента, когда Вселенная была в два раза моложе. Распределение звезд и галактик в пространстве дает возможность определить правила, по которым идет расширение, сколько темной энергии требуется для этого, а также число трудно обнаруживаемых нейтринов, имеющихся в ней. Учитывается также свечение 1,5 млн галактик, большинство из которых представляют собой древние красные образования. Названы они так потому, что в их составе больше всего красных «выгоревших» звезд.

Интерес к красным гигантам связан с тем, что они светят ярче всех на больших удалениях, определяемых в 3D-глубине. Оказалось, в частности, что у них есть пять оттенков свечения, позволяющих максимально точно определять красное смещение. Первое из упомянутых правил гласит, что через какие-то 50 тыс. лет после Большого взрыва плотность материи и излучения была равной. По прошествии времени массы стало больше, и началось образование первых астрономических структур.

Обычную материю астрофизики называют барионной, то есть содержащей тяжелые протоны и нейтроны. В первичном «супе», состоявшем из частиц материи и фотонов излучения, распространялись звуковые волны наподобие всем известных взрывных. Через 300 тыс. лет «суп» настолько остыл, что частицы материи и света пошли раздельными путями. Свет и температура создали неоднородность (анизатропию) космического микроволнового фона, которому вот уже 14 млрд. лет. Анизатропным стало и распределение барионов. Различие плотности, возникшее под воздействием «акустики», регистрируется каждые 450 млн. световых лет, свидетельствуя о далекой эпохе юной Вселенной.

Столь детальная характеристика процессов, проходивших в далекой «юности» Универсума, стала возможна благодаря наблюдениям оцифрованного неба SDSS (Sloan Digital Sky Surveys), начатых еще в 2000 году. Им в помощь пришел самый настоящий BOSS (Baryon Oscillation Spectrographic Survey) – спектрографическое исследование барионных осцилляций. Главным методом BOSS-исследования стала регистрация упоминавшихся звуковых осцилляций–колебаний барионов. Именно они дали возможность «увидеть» ранее неопределяемый диапазон красного смещения.

С точки зрения спектрального анализа космических энергий, говорят ученые, звуковые осцилляции барионов хороши тем, что их трудно чем-либо исказить. Поэтому этот метод и рассматривается как самый точный инструмент измерения темной энергии. Последняя, «противоборствуя» гравитации, расширяет Вселенную. Поэтому чем больше эта энергия, тем дальше от нас галактики.