Эффект войдов водил ученых за нос

Расширяющаяся Вселенная весьма неоднородна: где-то, как говорится, густо, а где-то — совсем пусто. Именно там, где имеются не просто гигантские, а невообразимо огромные пузыри вселенских пустот, которые называют войдами, проявляются следствия чрезвычайно интересного свойства. Космологи доказывают, что войды могут усиливать свет отдаленных светил.

Войды не содержат видимых объектов — галактик и звезд, светящихся видимом диапазоне электромагнитных волн. Кстати, в рентгене и гамма-излучении Вселенная тоже пятнисто-неоднородная. Но пока констатируем, что войды обеднены светящейся материей. Наша интуиция подсказывает, что сугубая пустота никак не может влиять на наблюдения отдаленных объектов вне этих областей. Однако логические построения ученых убеждают в том, что необычные свойства пустоты реальны, и объяснения оказываются до изумления просты и убедительны.

Международная научная группа, объединяющая шесть специалистов и руководимая космологом Крисом Кларксоном из Кейптаунского университета (ЮАР), изложила свой взгляд на природу вселенской пустоты. Из наблюдений известно, что войды имеют чудовищные объемы, лишенные звездного и галактического населения, в поперечнике они достигают размеров от 11 до 150 мегапарсек. До недавнего времени существовала уверенность в том, что никакого влияния они не должны оказывать на свет звезд или квазаров, располагающихся за ними, если наблюдатель с Земли исследует эти отдаленные объекты.

Читайте также: Кольцо Эйнштейна на задворках Вселенной

Также хорошо известно явление гравитационного линзирования: если по лучу зрения между наблюдателем и отдаленным светящимся объектом располагается сверхмассивный объект, то изображение отдаленного объекта характерным образом преобразуется из-за гравитационного изгиба световых лучей, когда огромное промежуточное тело воздействует на фотоны, проходящие в близости от него, изгибая их траектории.

Оказывается, войды тоже могут вносить характерные искажения в наблюдаемые объекты. В зависимости от формы этой пустой области (она может быть сферической, квазисферической, цилиндрической и др.), световой сигнал от иных объектов меняется, как показано в работе Криса Кларксона и его коллег.

На самом деле, если гравитация отклоняет свет, гравитационное линзирование может, наоборот, усиливать свет от далеких объектов Вселенной. Но такая гравитационная линза работает при наличии сверхмассивного тела, искривляющего своим гравитационным полем направление летящих мимо фотонов электромагнитного излучения. Если же нет гравитирующей огромной массы, значит, не может быть и гравитационного линзирования.

Предложенное авторами работы "антилинзирование" объясняется ими очень просто. Очевидно, что наблюдающееся и ускоряющееся расширение Вселенной должно сдерживаться только гравитацией — силой тяготения масивных тел, звезд и галактик. Равномерное распределение материи обеспечило бы равномерное же расширение Вселенной (собственно, существование войдов свидетельствует о неравномерности расширения). А в беззвездной пустоте сила тяготения значительно уменьшена, поэтому данные пустоты — это рекордсмены по части расширения и возрастания объемов! Области же, насыщенные материей, расширяются медленнее.

Атеперь применим вышесказанное к наблюдениям светящихся объектов через войды. Звезды и галактики на ближней к наблюдателю стороне войда в итоге сдвигаются к Земле (сравниваем с вариантом — "без войда"), а светящиеся объекты на дальней границе пустого пузыря войда должны отдаляться от наблюдателя — ведь войд расширяется быстрее, чем окружающая среда. Остается очевидное следствие: свет от звезд на ближней границе испытает сдвиг в голубую часть спектра, а на дальней границе войда звезды обнаружат сдвиг в красную часть спектра.

Идея наличия "антилинзирования" подобна тектоническим потрясениям основ, потому что расстояния до удаленных объектов, а также их возраст сегодня определяются по красному смещению, которое принято считать (за пределами эффектов гравитационного линзирования) наиболее надежным и точным свидетельством удаленности объектов.

Становится понятным, что отсутствие учета эффектов антилинзирования не может не приводить к ошибочному определению вышеуказанных расстояний и возрастов множества отдаленных объектов: галактики и квазаров. Авторы "антилинзирования" пишут об этом: "Мы определяем дистанцию до них неправильно — полагаем, что они дальше, чем есть в действительности". При определении светимости звезд и иных объектов астрономы делают поправку на расстояние. При этом оценка первоначальной светимости звезды, находящейся в десятке миллиардов световых лет, окажется завышенной по сравнению с ее реальной светимостью.

Далее, за счет голубого смещения можно получить неточность при оценке расстояния до звезд, находящихся у ближней к нам границы войда. Авторы определяют возможную разницу оценок. Для войда в 325 миллионов световых лет в поперечнике на удалении в 1,3 миллиарда световых лет от Земли галактический объект на другой стороне войда будет для нас на один процент ярче и на три миллиона световых лет дальше, чем они есть в действительности. Итак, потрясение основ оказалось не катастрофическим. Ошибка невелика, да и войды такого размера не из маленьких.

Итак, существенных изменений для большинства объектов ранней Вселенной вряд ли можно ожидать. Но если один войд накладывается на другой, расположенный через какой-то пространственный промежуток и на одной линии с земным наблюдателем, ошибка при определении расстояний (и древности) до объектов за последовательностью кратных войдов (скажем, из ранней Вселенной) может быть существеннее.

Однако и на этом вопросы отнюдь не заканчиваются. Пока обсуждение эффекта антилинзирования еще далеко от завершения. В определении войдов постулировано отсутствие видимой материи. А если в них может содержаться невидимый газ или гипотетическая вездесущая темная материя? Следовательно, пока фактический антилинзирующий эффект может быть оценен лишь весьма приближенно.

Читайте также: Космическая сажа досаждает ученым

Но все же теперь, когда мы узнали о самом факте антилинзирования, точность датировки и определения дальности удаленных галактик и звезд может заметно повыситься. Отдадим должное усилиям авторов, определившим эффект антилинзирования и сделавшим шаг в сторону повышения точности космологических параметров.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"