Книга Непридуманные космические истории - Нэнси Аткинсон

Сделанный космическим телескопом «Хаббл» снимок спиральной галактики NGC 3021, одной из тех, где наблюдались вспышки сверхновых типа Ia – их астрономы используют для более точного измерения величины, связанной со скоростью расширения Вселенной, которая называется постоянной Хаббла. Орбитальная обсерватория «Хаббл» также выполнила точные измерения свечения переменных звезд-цефеид в этой галактике: такие звезды пульсируют с частотой, которая находится в тесной корреляции с их истинной светимостью[30]. Это делает их идеальным ориентиром для измерения межгалактических расстояний. Источник: NASA, Европейское космическое агентство и А. Риз (Научный институт космического телескопа – STScI / Университет Джонса Хопкинса – JHU)

– Измерение срока жизни Вселенной – одна из тех задач, для каких «Хаббл» был задуман и спроектирован, – говорит Кен Сембах. – Сначала мы надеялись определить ее возраст с точностью до 10 %, а впоследствии смогли довести точность до 3 %. Теперь мы нацеливаемся на измерения с погрешностью в 1 %. С точки зрения космологии и астрономии это очень значительное достижение.

Другое открытие, совершенное в 1998 году при помощи космического телескопа «Хаббл», состоит в том, что, как бы это ни было невероятно, Вселенная расширяется с ускорением.

– Я думаю, что это практически для всех стало неожиданностью, – вспоминает Сембах. – Одно из сделанных «Хабблом» открытий, которые по-настоящему меняют картину и наше понимание всей Вселенной.

Гравитационное линзирование: Абель 370 – одно из первых галактических скоплений, в котором астрономы смогли заметить проявление феномена гравитационной линзы, выражающееся в том, что галактика переднего плана искривляет лучи света, идущие от более далеких галактик, и зрительно увеличивает их, попутно искажая форму. Из-за этого на снимке возникают дуги и полоски, которые являются изображениями галактик фона. Гравитационное линзирование представляет собой важнейшее для астрономов средство изучения распределения темной материи в массивных скоплениях галактик, поскольку распределение массы вещества можно воссоздать по тем гравитационным эффектам, которые оно оказывает. Источник: NASA, Европейское космическое агентство, команда публикации ранних наблюдательных результатов экспедиции обслуживания № 4 (the Hubble SM4 ERO Team) и Европейская координационная организация космического телескопа (ST-ECF)

Для объяснения эффекта расширяющейся Вселенной астрономы используют термин темная энергия. Несмотря на то что природа темной энергии остается загадкой, астрономы могут ясно наблюдать результат ее действия.

Так может выглядеть сверхмассивная черная дыра с массой, в 21 млн раз превышающей солнечную, расположенная в центре сверхплотной галактики под обозначением М60-UCD1. Эта карликовая галактика настолько плотна, что в ней миллионы звезд заполоняют все небо, как на этой картине, которую мог бы видеть воображаемый наблюдатель в этой области Вселенной. Поскольку свет не может покинуть черную дыру, она изображена просто пятном на фоне звездного пейзажа. Мощное поле тяготения черной дыры искажает свет более далеких звезд, формируя кольцевидные детали, близко прилегающие снаружи к черному контуру ее горизонта событий. Комбинированные наблюдения, проведенные астрономами на космическом телескопе «Хаббл» и телескопе Джемини Север (Гавайи), позволили установить, что внутри такой маленькой галактики с тесным расположением звезд есть черная дыра. Источник иллюстрации: NASA, Европейское космическое агентство, а также Д. Коу и Дж. Бэкон (Научный институт космического телескопа, STScI)

– Мы знаем, что темная энергия присутствует повсюду во Вселенной, потому что мы смогли измерить степень ее расширения в разных местах, наблюдая удаленные вспышки сверхновых, – объясняет Кен, – которые оказываются тусклее и дальше, чем мы могли ожидать. Темная энергия действует как сила отталкивания, в отличие от силы всемирного притяжения. Наблюдать ее – это как подбросить мячик в воздух и увидеть, что он вместо того, чтобы упасть обратно, набирает скорость и улетает вверх.

Астрономы, которые определили скорость расширения Вселенной, удостоились Нобелевской премии в области физики в 2011 году. Теперь стоит задача понять, чем же именно является темная энергия и как она действует – решение этой загадки важно, поскольку астрономы считают, что Вселенная на 68 % состоит именно из темной энергии.

«Хаббл» также послужил средством исследования другого таинственного звена в картине строения Вселенной, а именно темной материи. Наблюдения показывают, что во всем пространстве слишком мало видимого вещества, чтобы наполнить 27 % массы, остающиеся после вычета массового эквивалента темной энергии, поскольку звезды, планеты, пыль и газ, то есть нормальная материя, в сумме дают лишь 5 % массы Вселенной. Что же такое темная материя? Темной она называется потому, что она не является ничем из того вещества, которое мы можем наблюдать, но уже многие десятилетия ее существование выводится из расчетов, потому что, по всей видимости, она взаимодействует со скоплениями галактик. Темная материя – еще одна загадка, которую предстоит решить.

Черные дыры являются другим примером объектов, которые нельзя увидеть, но их действие очевидно. Еще до начала проекта космического телескопа «Хаббл» ученые считали, что черные дыры существуют, но именно он позволил астрономам проверить большое количество галактик и убедиться, что каждая галактика с ярким центральным балджем[31] действительно содержит в самой его середине сверхмассивную черную дыру.

– Почти в самом начале своей истории «Хаббл» помог найти убедительные доводы в пользу того, что черные дыры существуют практически везде, – говорит Гельмут Йенкнер.

Область глубокого обзора «Хаббла»[32]: в декабре 1995 года десять суток подряд «Хаббл» «вглядывался» при помощи широкоугольной и планетарной камеры WFPC 2 в клочок неба видимым размером не больше песчинки, которую держат на вытянутой руке. На фото этого крошечного участка проявились изображения более тысячи галактик, удаленных от нас на миллиарды световых лет, и каждая из них состояла из миллиардов звезд. Наш земной мир и вся наша Галактика внезапно стали очень маленькими во вселенском масштабе. Источник: NASA, Европейское космическое агентство, Р. Уильямс (Научный институт космического телескопа – STScI), а также группа глубокого обзора «Хаббла»