Астрономия без промаха

Наблюдения ученых показывают, что тёмная энергия во Вселенной проявляется практически так же, как пресловутая космологическая константа Эйнштейна, с погрешностью в пределах 10%.

Есть в английском языке замечательное слово - "headscratching". Дословно означает почёсывание головы. Его частенько упоминают в связи с какими-нибудь научными открытиями, особенно, опровергающими прежние теории, приобретшие статус едва ли не фундаментальных.

Вероятно, именно такой "головочёс" случился на минувшей неделе, когда международная группа астрономов, долгое время изучавшая сверхновые, в том числе и самые древние, пришла к выводу о постоянстве так называемой "тёмной энергии".

Они обнаружили, что характеристики "тёмной энергии" остаются постоянными, а вот всё остальное, без исключения, в нашей Вселенной (даже сама скорость света) меняется со временем.

Теперь астрономы, работающие над программой Supernova Legacy Survey (SNLS), утверждают, что по поведению "тёмная энергия" очень похожа на "космологическую константу" Эйнштейна - с погрешностью в пределах 10%.

А ведь сам Эйнштейн назвал эту идею "крупнейшим промахом" всей своей жизни. Только был ли это промах? Астрономы не были уверены в этом и раньше. По правде говоря; тезис о постоянстве "тёмной энергии" находил эмпирические подтверждения и прежде. Вопрос был в величине соответствующего коэффициента. Результаты наблюдений, которые успели провести специалисты SNLS, оказались весьма интригующими.

Однако отвлечёмся ненадолго для необходимых пояснений касательно космологической константы. История тут, в общем-то, хрестоматийна. Эйнштейн предполагал изначально, что Вселенная пребывает в перманентном динамическом равновесии. Однако выведенные им уравнения Общей теории относительности этому представлению противоречили: выходило, что гравитация должна была заставить Вселенную сжиматься. Поэтому великий физик ввёл понятие космологической константы в противовес гравитации.

Появилась такая формула:

G - гравитационная постоянная, c - это скорость света в вакууме. Λ - та самая космологическая константа.

Поскольку космологическая константа обладает отрицательным давлением, то, согласно общей теории относительности, космологическая константа с положительным значением заставит пустое пространство расширяться.

Эйнштейн ввёл "космологическую константу" в противовес гравитации, чтобы, как уже сказано, привести свою Вселенную к динамическому равновесию.

Однако очень скоро наблюдения астронома Эдвина Хаббла эмпирически опровергли представления о статичности Вселенной; более того, даже в теории равновесие не могло сохраняться вечно. Малейшее нарушение баланса - в сторону расширения или сжатия - моментально спровоцировало бы высвобождение вакуумной энергии (той самой /\), которая, в свою очередь, способствовала бы дальнейшему расширению (или сжатию). А подобные нарушения неизбежны по одной простой причине - из-за неравномерного распространения вещества во Вселенной.

Поэтому Эйнштейн и признал за собой ошибку...

И тут вот обнаруживается через несколько десятилетий, что Вселенная не просто расширяется, как установил в 1929 году Эдвин Хаббл, но расширяется с ускорением.

Тогда астрономы задумались, и родилась концепция так называемой "тёмной энергии", которая противодействует гравитации и заставляет Вселенную расширяться с ускорением. И пока опровергнуть данную теорию никто не смог.

Программа Supernova Legacy Survey, собственно, задумывалась как попытка сопоставления между собой примерно 700 сверхновых звезд, дабы на основе наблюдений составить представление о том, как происходило расширение Вселенной. Участникам программы SNLS удалось подтвердить, что разлёт вещества во Вселенной ранее проходил значительно менее бурными темпами, нежели сейчас. А самое главное открытие заключается в том, что, изучив приблизительно 10% сверхновых из списка, специалисты пришли к выводу о постоянстве воздействия "тёмной энергии" и о колоссальном сходстве с предсказанной Эйнштейном величиной, от которой он потом открестился.

Мы обратились к одному из участников проекта SNLS, профессору Университета Торонто Рэю Карлбергу, с некоторыми вопросами, на которые он любезно согласился ответить.

КТ: "Проведённые наблюдения показывают, что тёмная энергия проявляется практически так же, как космологическая константа Эйнштейна, с погрешностью в пределах 10%. Не могли бы вы пояснить, что это может означать? Что в данном случае обозначает "погрешность в 10%"? Как и в чём это проявляется, помимо ускоренного расширения Вселенной?

Рэй Карлберг: Мы измеряем изменения тёмной энергии с красным смещением. Существует показатель степени расширения, пропорциональный формуле (1+z)^[3*(1+w)]. Мы измеряем этот показатель. Для космологической константы Эйнштейна характерно, что w=-1, следовательно, (1+z)0, т.е. величина является постоянной.

Результаты наших измерений дают w=-1,02 +/- 0,09.

Тёмная энергия оказывает и другие измеримые типы воздействия, однако пока ни о каких других измерениях нам ничего не известно.

КТ: Возможно ли, что в результате дальнейших наблюдений обнаружатся изменения в характеристиках "тёмной энергии"? Или уже можно сказать, что наука собрала убедительные статистические доказательства неизменяемости этой силы?

РК: Всё в будущем может измениться...

Логичный ответ, заметим. Хотя в научных и околонаучных изданиях уже говорится, что участники проекта SNLS предполагают лишь повышение точности измерений. Программа рассчитана на длительный срок, что и не удивительно, учитывая, сколько сверхновых планируется изучить.

Так что же получается в сухом остатке? Коэффициент w, величина которого для космологической константы Эйнштейна должна составлять -1, по результатам наблюдений, похоже, оказывается чуть меньшим (около -1,02), т.е. идеально в значение Эйнштейновской константы не ложится.

Однако, как отметил Карлберг, всё ещё может измениться, по мере того как астрономы SNLS будут наблюдать (парадоксальная получается в русском языке тавтология) новые сверхновые.

Их поиск осуществляется с помощью 384-мегапиксельной камеры MegaCam, построенной французским Министерством атомной энергетики. Спектры обнаруженных MegaCam кандидатов в сверхновые изучаются с помощью нескольких мощных телескопов на Гавайях (телескоп Кека на Мауна-Кеа, северный "Джемини") и в Чили (южный "Джемини", VLT).

Оснащенные таким современным "вооружением" учёные пытаются понять, что происходит со Вселенной, что из себя представляет тёмная энергия, как она себя ведёт, и что с ней будет дальше.

Кстати, в связи с тёмной энергией сразу же вспоминается теория Большого разрыва, гласящая, что тёмная энергия, в конечном счёте, разорвёт даже субатомные частицы.

Рэй Карлберг по этому поводу отметил: "То, что значение w близко к -1, снижает вероятность Большого разрыва. Большой разрыв случается, когда значение w оказывается ещё меньше -1. Мы, конечно, не можем исключить такой возможности, но и сказать уверенно, что это произойдёт, нельзя. Так что будем жить спокойно!

И в самом деле, ни к чему суетиться...