Виктор де Касто - Pro темную материю

Место выбрано не случайно – фактически это лучшие условия для занятия астрономией на Земле. Следует отметить стабильность атмосферы из-за отсутствия нагревания и охлаждения, которые бывают там, где каждый день встает и садится Солнце.

В этой книге уже говорилось о теории возникновения Вселенной и ее «поведении» сразу после Большого взрыва. Проверить их можно только через косвенные наблюдения. Согласно основной принятой теории, всего через 10–36 секунд после Большого взрыва начался этап экспоненциального расширения, или инфляция. Источником этого процесса была некая энергия с отрицательной плотностью. Инфляционная теория объясняет неравномерность реликтового излучения и темную энергию. К тому же все оставляет следы.

Внезапная остановка инфляции должна была послать сквозь Вселенную гравитационные волны. В отличие от электромагнитных, эти волны легко могли пройти сквозь молодую непрозрачную Вселенную. Их частота и амплитуда связана со свойствами Вселенной в момент окончания инфляции.

В настоящее время разрабатываются эксперименты по регистрации гравитационных волн, предсказываемых общей теорией относительности. Аппаратура, установленная на Южном полюсе, должна их заметить, хотя пока этого не произошло. Она направлена на регистрацию самых мощных гравитационных волн, возникающих при столкновении двух черных дыр. Остатки древних волн тем более недоступны, опять же приходится обращаться к косвенным методам наблюдения, и снова – к реликтовому излучению. Оно должно хранить следы древних гравитационных волн.

Одна из камер телескопа Южного полюса (а к нему регулярно добавляется новое оборудование) предназначена для различения поляризации в реликтовом излучении. Это явление возникает при рассеивании электронов в излучении, но воздействие гравитационных волн должно слегка изменять картину. Продвигаясь через пространство и время, волна немного сдвигает электроны, из-за чего поляризация реликтового излучения меняется. Это изменение очень незначительно.

Кроме изменения поляризации из-за волн присутствуют намного более сильные изменения из-за неравномерно распределения материи, а значит и рассеиваемых электронов, во Вселенной. С помощью установленной аппаратуры американцы надеются запечатлеть происходившее в триллионную в третьей степени долю секунды после рождения Вселенной. Только что родившаяся Вселенная была невероятно плотная, горячая и наполненная мощным излучением. По мере расширения и остывания Вселенной наполнявшее ее вначале излучение становилось не таким заметным. Длины волн изначального излучения удлинялись вместе со Вселенной, и теперь, почти 14 млрд лет спустя, нам осталось от тех времен только слабое микроволновое излучение.

Исследование реликтового излучения – основной способ проникновения в тайны прошлого, в первые секунды после рождения Вселенной. Например, около 20 лет назад изучение еле заметных вариаций в интенсивности реликтового излучения в пространстве показало, что материя в молодой плотной Вселенной была распределена неравномерно. Там, где она незначительно скопилась, затем появились галактики.

Реликтовое излучение – фоновое космическое излучение, спектр которого близок к спектру абсолютного черного тела с температурой около 3К. Оно наблюдается на волнах от нескольких миллиметров до десятков сантиметров, оно практически изотропно. Происхождение реликтового излучения связывают с эволюцией Вселенной, которая в прошлом имела очень высокую температуру и плотность излучения.

Читатели помнят, что в соответствии с теорией Большого взрыва ранняя Вселенная представляла собой горячую плазму, которая состояла из электронов, барионов и фотонов. Фотоны постоянно взаимодействовали с остальными частицами плазмы, сталкиваясь с ними и обмениваясь энергией. Излучение находилось в состоянии теплового равновесия с веществом, а его спектр соответствовал спектру абсолютного черного тела. Но шло расширение Вселенной, и красное смещение приводило к остыванию плазмы, а электроны получили возможность соединяться с протонами (ядрами водорода) и альфа-частицами (ядрами гелия), таким образом появлялись атомы. Свободного пространства между частицами стало больше, заряженных частиц меньше, фотоны перестали так часто рассеиваться и смогли свободно перемещаться в пространстве, практически не взаимодействуя с веществом. Реликтовое излучение и составляют те фотоны, которые были в то время излучены плазмой, избежали рассеяния и до сих пор достигают Земли через пространство продолжающей расширяться Вселенной. Реликтовое излучение было предсказано еще в 1948 году Георгием Гамовым, Ральфом Альфером и Робертом Германом.