Брайан Китинг - Гонка за Нобелем. История о космологии, амбициях и высшей научной награде

Астрономы предполагали, что у красного смещения света звезд и его поляризации может быть один хорошо известный виновник: пыль.

Модель квазистационарной Вселенной Хойла требовала много пыли, причем не только внутри нашей Галактики, но и по всему пространству между всеми галактиками, рожденными в течение 500 млрд лет текущего цикла. И это не могла быть просто пыль. Чтобы преобразовать звездный свет ранней Вселенной в наблюдаемое реликтовое излучение, крупицы пыли должны представлять собой так называемые «волоски» — крошечные цилиндрики длиной меньше миллиметра. И они должны состоять из металла или, по крайней мере, включать металлические вкрапления {11} .

Металлические волоски Хойла вели себя как бесчисленные крошечные компасные иголки. Они легко выравнивались под действием магнитных полей, пронизывающих космическое пространство, и собирались в плотные облака, которые, подобно «космическим вышибалам», пропускали через себя только свет, поляризованный перпендикулярно к их ориентации, и задерживали свет, поляризованный вдоль их продольных осей (рис. 25) {12} . Этот отраженный свет мотался между частицами пыли, как пьяница от бара к бару. В конце концов он приходил к тепловому равновесию с характеристической температурой, определяемой формой и составом пылевых волосков.

Таким образом, модель квазистационарного состояния не только объясняла происхождение реликтового излучения, но и показывала причины поляризации звездного света. Казалось, Хойл находится в одном шаге от того, чтобы подтвердить коперниканский принцип, повергнуть в прах модель Большого взрыва и предсказать точную температуру реликтового излучения. И, что самое потрясающее, Хойл сделал все это, исходя из основных принципов, используя материю с обычной плотностью и обычной температурой, а не бесконечные величины, которых требовала модель Большого взрыва. Единственное, чего не хватало модели Хойла, — это источника волосков. Что могло произвести на свет эти магические пылевые волоски?

Хойл снова не разочаровал. Он был космическим алхимиком: в его Вселенной послушные ему звезды могли делать все, что он пожелает {13} . Физическое сообщество уже признало, что все тяжелые элементы периодической таблицы возникли внутри звезд. По сути, звезда — это ядерный реактор, в котором легкие элементы (например, водород) соединяются в более тяжелые элементы (например, гелий). Процесс ядерного синтеза сопровождается выделением огромного количества энергии в виде тепла. Это тепло создает давление, которое противодействует колоссальной гравитационной силе, стремящейся сжать звезду. Гелий, в свою очередь, сливается в более тяжелые ядра, такие как углерод, и т. д. Но когда в достаточно массивной звезде заканчиваются запасы более легких элементов и начинается ядерный синтез железа, то не остается избыточной тепловой энергии, противодействующей сжатию. Звезда схлопывается, создавая ударную волну, которая выбрасывает железо и другие тяжелые элементы в окружающую межзвездную среду, и в результате образуется так называемая сверхновая II типа (рис. 26) {14} .

Межзвездная среда — так называется все, что находится между звездами, — очень холодное и пустое пространство. В ней расплавленное железо конденсируется в твердые частицы. Обширные свидетельства этого процесса мы можем видеть и на Земле. Каждый день на нашу планету оседают тонны микрометеоритов, многие из которых при увеличении оказываются крошечными железными волосками, которые, как считают ученые, образовались в ходе взрывов сверхновых (рис. 27) {15} .

Если частицы пыли действительно состоят из железа, как и многие метеориты, значит, они обладают магнитными свойствами и магнитные поля Млечного Пути должны упорядочивать их. Конечно, микрометеориты имеют не межзвездную, а межпланетную природу {16} . Но эта техническая деталь не волновала ученых, когда они поняли, что можно произвести похожие металлические волоски в лабораториях {17} . А приступив к делу, они обнаружили, что лабораторная пыль обладает свойствами, поразительно похожими на свойства ее космической сестры. И, что было лучше всего, почти в каждой известной астрономам галактике имелись триллионы тонн пыли со свойствами, которых требовали расчеты Хойла, и значительные массы такой пыли были выброшены взрывами в межгалактическое пространство {18} .