Песни Большого взрыва

Известно, что Вселенная после Большого взрыва увеличилась в объеме до умопомрачительной 80-й степени!
Иллюстрация NASA

Разговор о Вселенной вполне оправданно навевает мысль о чем-то необъятном, что невозможно вообразить на Земле. Неудивительно поэтому, что новый компонент оцифровки звездного неба Слоуна (SDSS – Sloan Digital Sky Survey) получил сокращенное название БОСС (ВОSS). Он призван максимально точно определить как расстояние до удаленных объектов, так и их возраст.

Известно, что Вселенная после Большого взрыва претерпела стремительную инфляцию, в ходе которой ее объем увеличился до умопомрачительной 80-й степени! Универсум и далее продолжал свою экспансию, однако в последнее время увеличение размеров стало ускоряться, в результате чего края вселенского колокола стали раскрываться вовне.

Для «написания» детальной истории расширения в БОССе используется метод, получивший название «барионные акустические колебания-осцилляции» (БАО). Физики называют барионами обычную и всем привычную материю. Довольно неожиданно для них выяснилось, что пики галактической плотности определяются звуковым давлением, отсюда и название метода.

Как и всякий взрыв, Большой взрыв, приведший к рождению Вселенной, «грохотал» на полную мощь. Распространение звуковых волн того давнего взрыва происходило в горячем исходном плазменном «супе», в котором возникли регулярные пики плотности. Примерно через 380 тыс. лет после Большого взрыва «суп» остыл настолько, что вследствие замедления движения стали возникать первые протон-электронные пары, или атомы водорода. Невидимая темная материя тоже была частью этого бульона, а фотоны света пошли своим собственным путем.

Можно полагать, что разбегание галактик до недавнего времени было довольно равномерным, поэтому расстояние до объекта говорит также и о его возрасте. Помогает и красное смещение световых волн, сообщающее нам о возрасте того или иного уголка Вселенной. Физика этого уникального явления связана с тем, что расширение пропорционально «растяжению» пространства: при одной и той же длине световой волны увеличение ее пути прохождения также способствует ее растяжению и соответственно увеличению длины. Красный край видимого спектра имеет длины волн почти в полтора раза больше, нежели синий.

С помощью БОССа удалось уже точно определить положение 327 349 массивных галактик с красным смещением 0,7, то есть пока очень близко от Земли. Их среднее смещение составляет 0,57, что соответствует расстоянию в 6 млрд. световых лет. Достигнутая точность определения дальности составляет 1,7%, или около 2 мегапарсеков. Ничего подобного оптическая астрономия дать не может.

БОСС позволяет также говорить о нарушениях красного смещения, по которым ученые надеются тестировать гравитацию. Тестирование покажет скорость совместного движения галактик-соседок, что и приводит к образованию их кластеров. Вполне возможно, что это станет еще одним подтверждением эйнштейновской общей теории относительности.

Сейчас определение расширения во многом зависит только от определения красного смещения, которое тем менее точно, чем дальше от нас удаляющийся объект. Статистический анализ красного смещения сотен тысяч галактик показал наличие локальных вариаций скорости экспансии Хаббла, а также показатели гравитации на расстоянии до 100 млн. световых лет, более точные, чем получаемые при измерении расстояния от Земли до Луны.

«Уход» в космические дали вовсе не означает смерть наземных телескопов. Как раз наоборот, полученные данные сопоставляются с теми, что получают благодаря телескопу Слоуна с диаметром зеркала 2,5 м, расположенного в местечке Апачи, штат Нью-Мексико. Интерес к телескопу особенно возрос, когда на нем установили новый оптоволоконный спектрограф, имеющий вполовину больше волокон, чем предыдущие версии, для наблюдения именно за галактиками.

Всего лишь за 15 минут обозрения телескоп успевает «покрыть» три градуса небесной сферы, при этом по тысячам оптических волокон, идущим от фокусной плоскости зеркала, на компьютер подается оцифрованная информация. Спектрограф сконструирован таким образом, что каждое из волокон следит за далекой, но тем не менее яркой галактикой, которая ранее уже «засветилась» в прежних наблюдениях. Для увеличения площади наблюдения и разрешения новый спектрограф оснащен дополнительными камерами, фиксирующими изображения в красной и голубой областях спектра.

Из Нью-Мексико полученные данные переправляются для обработки в университет Беркли, что неподалеку от Сан-Франциско. Информация используется затем для составления новых галактических каталогов, описывающих сегодня более миллиона из них. В марте сообщили об открытии таких экзотических, как «Паук» и «Алмаз». Результаты БОССа изложены в двух больших обзорах, опубликованных в престижном журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.