Новые загадки необъятной Вселенной

Образ Вселенной с давних времен волнует человечество. Пространство и время, вещество и излучения — каковы они в просторах космоса? Теперь есть наблюдательные сведения, воссоздающие карту современной Вселенной, запечатлевшую текущее мгновение ее эволюции: это результаты миссии космического телескопа "Планк". Вселенная оказалась неоднородной.

Фото:

Космология — совершенно молодая наука, поскольку ее научный аппарат сформировался только в ХХ веке, когда человечество шагнуло в космос, а также изготовило и запустило за пределы атмосферы исследовательские космические аппараты для изучения ближнего и дальнего космоса. Космология стоит на трех "китах" — математике, физике и астрономии. Объект исследования в космологии — самый крупномасштабный, это вся Вселенная, как таковая. В общей теории относительности (ОТО) Альберт Эйнштейн использовал представление об однородной, изотропной и стационарной Вселенной, имеющей конечный объем и положительную кривизну.

Но уже через пять лет, в 1922 году, Фридман нашел нестационарное решение ОТО, при котором изотропная Вселенная расширялась из точки сингулярности. Через 7 лет Эдвин Хаббл открыл красное смещение — все дальние галактики разбегались от наблюдателя, и Вселенная стала ощутимо нестационарной. Далее появилась теория Большого взрыва — рождение Вселенной из точки сингулярности.

Далее два первых космических аппарата НАСА (первый — СОВЕ, второй — WMAP) исследовали реликтовое излучение, появившееся в момент начала Большого взрыва. Данные WMAP показали, что распределение температуры реликтового излучения по небесной сфере имеет нормальное распределение, в котором отображаются случайные флуктуации.

Модель Вселенной, в соответствии с измерениями реликтового излучения, обрела параметрическое описание: в ней 4 процента обычного вещества, 23 процента так называемой темной материи и 73 процента еще более таинственной темной энергии, раздувающей пузырь Вселенной, причем — с ускорением.

Читайте также: Тайны колоссальной черной дыры

Продолжил исследования космический аппарат "Планк", запущенный в космос в мае 2009 года. Георге Ефстафиу из Кембриджского университета (Великобритания) от лица группы ученых, сотрудничающих в миссии телескопа "Планк", объявил результаты общего "картографирования Вселенной", что явилось главной выполненной задачей аппарата. Более совершенный и точный регистратор реликтового излучения, "Планк" картировал небесную сферу, и более подробные данные о реликтовом излучении, его интенсивности и неоднородностях распределения стали объектом бурных дебатов в среде специалистов-космологов.

Авторы работы сообщили, что полученные данные позволили уточнить значение постоянной Хаббла — скорости расширения Вселенной в настоящий момент. Теперь она оценивается в 67,15 км/с на мегапарсек. При этом два объекта, разделенные примерно 3,26 миллионами световых лет, разбегаются при расширении Вселенной со скоростью в 67,15 км/с.Заметим, что постоянная Хаббла в рамках обсуждаемой космологической модели позволяет вычислить возраст Вселенной; а обратная величина указывает на характерное время расширения Вселенной на сегодняшний момент. После этого уточнения возраст Вселенной несколько изменился, теперь его можно считать равным 13,81 миллиарда лет. Частицам барионной фракции материи теперь принадлежит 4,9 процентов массы, а темной материи -26,8 процента, чуть больше, чем считалось ранее. Остальное приходится на темную энергию, отвечающую за ускорение разбегающейся Вселенной.

Таковы количественные результаты, воспринимаемые как улучшение точности расчетов. Сами же новые снимки реликтового изучения, как среды, оказались не согласующимися с основами теории! Его температура в разных полусферах Вселенной различается! Это значит — Вселенная не изотропна, ее физические свойства различны в зависимости от направления. Ранее (например, в миссии WMAP) признаки "неодинаковости" Вселенной в зависимости от выбранного направления уже обнаруживали. Но такие данные считали ошибочными из-за низкой точности измерений, и выдавали желаемое за действительное. Если бы данные были более точными, этого можно было бы избежать. Однако на первых порах высокой точности измерений еще не достигали, а соответствие теории всегда представляется положительным аспектом.

Конкретные и точные наблюдения космического аппарата "Планк" выявили значимые аномалии, и теперь открыта возможность их исследования и интерпретации. Теперь нет сомнений в реальности флуктуаций. Их нельзя относить за счет ошибки измерений. "Они настоящие, и мы должны поискать заслуживающее доверия объяснение", — говорит Паоло Натоли из Феррарского университета (Италия).Результаты КА "Планк" возмутили спокойствие теоретиков. Вселенная устроена сложнее, чем предполагалось ранее, и причины этого предстоит выяснить. "Три кита" космологии будут искать новые подходы к пониманию экспериментальных наблюдений.
Если Вселенная анизотропна — аномалия понижения температуры реликтового излучения может объясняться тем, что в холодных пятнах выявляется излучение, проделавшее более длинный путь, чем в остальных точках видимой небесной сферы. Возможно предложение иных, более экзотических решений ослабления температуры реликтового излучения в холодных пятнах.



Подготовлено по материалам Европейского космического агентства


Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"