Приямвада Натараджан - Карта Вселенной [Главные идеи, которые объясняют устройство космоса]

Линзирование представляет собой повсеместное явление — в том смысле, что любая масса вызывает отклонение в траектории светового луча из-за выемок и желобов, которые масса отпечатывает на ткани пространства-времени. Чем массивнее линза, тем мощнее ее искривляющее воздействие и тем оно заметнее. Гравитационное линзирование предлагает уникальный и независимый инструмент для измерения важных свойств нашей Вселенной, и, как мы увидим в следующей главе, оно может даже оказаться полезным для исследования природы еще одного невидимого и таинственного ее компонента — темной энергии.

Было еще несколько неудачных попыток возврата к идее о темной материи, прежде чем ее стали воспринимать всерьез. В действительности регулярно выдвигались гипотезы о темной материи, которые затем игнорировались и отбраковывались, пока не появлялись новые наблюдения, нуждающиеся в данной теории в качестве обоснования. Удивительно, но большая часть таких попыток были независимыми и совершались без знания о предыдущей работе. Такое постоянное перерождение концепции темной материи, за которым следовали отрицание и забвение, типично для жизненного цикла крайне радикальных научных идей.

Следующая важная веха в нашей истории обязана своим появлением наблюдениям на меньших масштабах, на уровне отдельных галактик, которые к 1930-м гг. были изучены куда лучше, чем скопления, и, согласно наблюдениям, были более многочисленными во Вселенной. В 1940 г. авторитетный голландский астроном Ян Оорт после детального изучения спиральной галактики заявил, что «распределение массы в этой системе, судя по всему, не имеет почти никакого отношения к распределению ее света» {15} . И снова это было смелым утверждением, так как не имелось причин верить в существование каких-либо других объектов, помимо видимых звезд, в качестве составляющих элементов галактик. Соотношение массы и света Хаббла все еще не подвергалось сомнению.

Следующее возрождение идеи имело место в 1959 г. благодаря наблюдениям в ближнем к нам районе космоса, когда астрономы Франц Даниэль Кан и Лодевейк Волтьер вывели массу нашей Галактики и ее ближайшего соседа — галактики Андромеды. Они обнаружили, что, в отличие от любой другой галактики Вселенной, Андромеда движется в сторону Млечного Пути [15], и это, по их мнению, означало, что в дело вступает притяжение некой незримой массы. Так как можно было осуществить расчеты для всех видимых звезд, они заявили, что большая часть массы должна присутствовать в незримом виде. И снова они не вывели никакой взаимосвязи с ранее представленным утверждением Цвикки о точно таком же компоненте в скоплении галактик в созвездии Волосы Вероники. На самом деле Кан и Волтьер, судя по всему, были совершенно не в курсе предыдущих трудов Цвикки и Смита на тему невидимой массы в соседних скоплениях галактик, так как они не цитировали их статьи в своей работе {16} . Тем временем Цвикки упорно двигался вперед, мало-помалу занимаясь исследованием менее отдаленных скоплений галактик для того, чтобы проверить, действительно ли эти структуры находятся в равновесии, так как потребность в темной материи всецело зависела от данного утверждения. Несмотря на тщательную разработку этого направления, он, на первый взгляд, забросил свою идею о недостающей массе и поиски dunkle materie. Тем не менее астрономам понадобилось много времени, чтобы понять, что один и тот же темный невидимый компонент может объяснить механизмы, выявленные у объектов, которые относятся к разным физическим уровням, — скоплений и галактик. Через 30 с небольшим лет после самой первой гипотезы, которую выдвинул Цвикки в 1933 г., они начали открывать огромное количество темных компактных астрофизических объектов, а именно нейтронные звезды [16]и черные дыры, которые не излучают свет в отличие от звезд. Могут ли и галактики, и скопления содержать обилие таких объектов? Может быть, эти объекты и есть темная материя? С течением времени исследователи рассматривали данное предположение, но в итоге опровергли вариант, при котором упомянутые объекты могли бы являться темной материей.

После непродолжительных исследований, проведенных Каном и Волтьером, тема темной материи надолго выпала из поля зрения ученых. Если мы хотим понять, почему она на протяжении столь длительного времени оставалась без внимания и была сброшена со счетов, стоит взглянуть пристальнее на ключевого героя — Цвикки. В 1922 г. он окончил докторантуру в Швейцарской высшей технической школе Цюриха, занимаясь ионными кристаллами, а вовсе не астрономией. Затем в течение трех лет продолжал исследования в родном университете, после чего уехал в США. В этот переломный момент американская наука имела в высшей степени международный характер, страна привлекала амбициозных европейских ученых. Появлялись благотворительные программы, которые способствовали набору молодых талантливых ученых из-за рубежа. Программа аспирантуры Международного учебно-методического совета при фонде Рокфеллера была одной из первых. Она функционировала в период с 1924 по 1930 г. и охватила 135 европейских физиков. Затем последовала эмиграция около 800 ученых — большинство из них были евреями — в поисках убежища от нацистов. Цвикки попал в первую волну эмигрантов и стал участником программы аспирантуры Рокфеллера. В 1925 г. в возрасте 27 лет он поступил в Калифорнийский технологический институт (Калтех) для работы с Робертом Милликаном, занятым в сфере экспериментальной физики. Цвикки прибыл в благоприятное время. Полным ходом шли новаторские исследования Хаббла, началось планирование 5-метрового телескопа нового поколения на горе Паломар.