Виктор де Касто - Pro темную материю

Вообще, гравитационная линза – это массивное тело, то есть планета или звезда, или система тел, то есть галактика, скопление галактик, скопление темной материи, искривляющие своим гравитационным полем направление распространения электромагнитного излучения подобно тому, как обычная линза искривляет световой луч. Чтобы гравитационные линзы были способны существенно исказить изображение фонового объекта, это должны быть достаточно большие сосредоточения массы, то есть на существенное искажение способны галактики и скопления галактик. Более компактные объекты, например, звезды, тоже способны отклонять лучи света, но на столь малые углы, что зафиксировать такое отклонение, как правило, невозможно. В этом случае можно лишь заметить кратковременное увеличение яркости объекта-линзы в тот момент, когда линза проходит между Землей и фоновым объектом. Если объект-линза яркий, заметить такое изменение практически невозможно. Если объект-линза неяркий или же не виден совсем, то такая кратковременная вспышка вполне может наблюдаться. Это и называется микролинзированием. Такой процесс позволяет обнаружить массивные и не видимые никаким иным способом плотности материи. А как мы уже знаем, свыше 90 % массы Вселенной находится в скрытой, ненаблюдаемой форме.

Суть гравитационного линзирования в том, что при наблюдении дальнего источника в космосе через другой космический объект форма дальнего источника света искажается. Это может быть вызвано звездой или галактикой, через которую проходит свет от дальнего объекта. При помощи гравитационного линзирования можно обнаружить неяркие объекты.

В 1936 году Эйнштейн высказал предположение о том, что находящаяся на переднем плане звезда может служить в некотором роде линзой для звезды, находящейся на заднем плане. Гравитационная масса звезды «в авангарде» будет искажать пространство, а вместе с ним и траекторию луча света, идущего от звезды «в тылу», так что даже хотя вторая звезда находится «за» первой и скрыта от нас, мы все равно сможем ее увидеть, пусть и не прямо. Но Эйнштейн был ограничен знаниями того времени и говорил о звездах нашей галактики. Да и предположение не поражало воображения, если сравнить с другими, высказанными ученым. Хотя эффект отклонения луча далекой звезды в гравитационном поле Солнца был первым наблюдаемым подтверждением общей теории относительности Эйнштейна. Эффект искривления светового луча обнаружили в 1919 году, и произошло количественное совпадение с теоретическими расчетами общей теории относительности Эйнштейна. Именно это сделало Эйнштейна знаменитостью. Это был триумф революционной общей теории относительности, которая кардинальным образом меняла представления людей о пространстве, времени, материи.

Прошло всего несколько месяцев после публикации соответствующей статьи Эйнштейна, и Фриц Цвикки заявил, что не звезда, а галактика, находящаяся на переднем плане, будет служить гравитационной линзой. Но обнаружение и использование гравитационного линзирования задержалось на несколько десятилетий – хотя Эйнштейн предсказал его вскоре после открытия общей теории относительности, его провозгласили только в 1979 году. Почему произошла такая задержка? Все легко объяснимо. Только одного искривления пространства недостаточно для гравитационного линзирования – оно должно искривиться таким образом, чтобы луч от далекой звезды мог фокусироваться. Именно поэтому эффект и обнаружили только через 60 лет после теоретического предсказания. Но кроме особенностей самого линзирования свою роль сыграли и сложности, связанные с развитием техники. До середины ХХ века внегалактическая наблюдательная астрономия делала только свои первые шаги. Вероятность же линзирования на звездах, то есть совпадения звезды-линзы и линзируемого объекта (звезды, служащей источником света) на одном луче зрения ничтожно мала (она выражается числом с 18 нулями после запятой). А для галактик она значительно больше, что и подтвердилось в наблюдениях 1979 года. Именно с этого времени гравитационное линзирование стало еще одним эффективным и действенным инструментом познания Вселенной.

Но вернемся к нашей теме – темной материи, или скрытой массы. Для наблюдений скрытой массы используется тот факт, что она обладает гравитационным полем, в котором, как известно из общей теории относительности, путь лучей света искривляется. Уже давно стало ясно, что темная материя – это не газ, хотя вначале холодная космическая пыль и газ фигурировали среди претендентов на объяснение огромного количества скрытой массы во Вселенной. Современные ученые считают, что носителями скрытой массы являются два класса объектов. Первый класс предсказывается теорией эволюции звезд. Это небесные тела, состоящие в основном из барионной формы материи (барионы – это сильно взаимодействующие элементарные частицы с полуцелым спином – нейтроны, протоны и ряд других). Они называются МАХИ, чаще используется латинское наименование MACHO, сокращение от Massive Astrophysical Compact Halo Objects, или «Массивные астрофизические компактные объекты гало». Этот класс включает слабо светящиеся звезды – коричневые карлики (звезды с малой массой для звезд, в недрах которых никогда не зажигаются термоядерные реакции), белые карлики, некоторые планетные системы вокруг звезд, нейтронные звезды в неактивной стадии (без феномена пульсара), черные дыры. Поначалу специалисты пытались объяснить существование такого большого количества скрытой массы существованием именно невидимых астрономических объектов, не являющихся источниками какого-либо излучения, то есть этого класса. Но таких объектов недостаточно для объяснения плотности темной материи, поэтому приходится искать новых «претендентов».