Виктор де Касто - Pro темную материю

Один из ветеранов работы на Южном полюсе – Уильям Хольцапфель, астрофизик из Калифорнийского университета в Беркли, он начинал работать в Антарктиде, когда телескопа Южного полюса еще не было. Еще в студенческие годы он заинтересовался теорией Большого взрыва и принимал участие в нескольких проектах по его моделированию. Теперь ученый занимается поиском реликтового излучения в наиболее подходящих для этого условиях на планете Земля.

Телескоп Южного полюса – еще один из дюжин экспериментов, связанных с темной энергией, которые проводились и продолжают проводиться в XXI веке. Ученые исследуют эволюцию структуры Вселенной со времени Большого взрыва до того состояния, которое мы наблюдаем сегодня. Как говорит Уильям Хольцапфель, его цель – попробовать определить, как Вселенная стала такой, как сегодня. Более того, телескоп должен заглянуть и в будущее. То есть Хольцапфель интересуется и судьбой Вселенной, тем самым, чем занимались группы Сола Перлмуттера и Брайана Шмидта.

Сол Перлмуттер признавался, что уже в 1998 году, когда он сдавал статью о своих открытиях в «Астрофизический журнал», то думал о следующем шаге в поиске и изучении сверхновых. Как открыть наибольшее из возможных количество сверхновых? Очевидным ответом был космический телескоп. «Хаббла», как понимал Перлмуттер, недостаточно, причем по нескольким причинам. Во-первых, сложно забронировать время. Во-вторых, возможности обзора «Хаббла» недостаточны для грандиозных проектов по сверхновым. Перлмуттер с коллегами и Министерство энергетики пришли к выводу, что им нужен свой собственный телескоп в космосе. Начались разработки с использованием новейших достижений науки и техники. Но строительство космического зонда для изучения сверхновых (проект получил название SNAP – Supernova Acceleration Probe) не могло обойтись без вмешательства НАСА, поскольку требовалось 600 млн долларов. Однако НАСА не склонно выделять такие суммы для ученых, когда не видит реальной пользы проекта для себя.

В 2004 году НАСА назначило комиссию для всесторонней оценки проекта. Естественно, встал вопрос, смогут ли ученые с помощью этого проекта узнать все, что им нужно, о сверхновых, темной материи и темной энергии? Ученые пытались объяснить, что в рамках одного проекта невозможно узнать все о темной энергии, с точным определением которой не определились до сих пор. В результате они получили отказ.

К этому времени по картам космического фонового излучения уже вывели форму Вселенной, это дало основание считать, что масса Вселенной намного больше, чем предполагалось ранее. А Сол Перлмуттер с коллегами, изучавший красное смещение сверхновых типа Ia с целью определения скорости расширения Вселенной, сделал открытие: эти сверхновые в действительности на 17–25 % более тусклые, чем предполагалось по теории Большого взрыва. Они дальше от нас, чем показывали прежние прогнозы, и скорость расширения Вселенной растет. После фактически одинаковых открытий Сола Перлмуттера и группы Брайана Шмидта, о которых подробно рассказывалось выше, ученые пришли к выводу, что должна существовать отрицательная гравитация. Вот ее и назвали темной энергией, и все ученые мира принялись за формулировку теории.

Осенью 1999 года Национальный научно-исследовательский совет инициировал исследование для ответа на вопрос, чего может достичь наука на пересечении астрономии и физики. Члены Совета хотели получить ответы и на другие вопросы: что такое темная материя? что представляет собой природа темной энергии?

Обратите внимание: природа. То есть не что это, а как себя ведет. Астрономам, занимающимся темной энергией, предстояло ответить на вопрос, на который уже приходилось отвечать тем, кто занимался темной материей: как увидеть то, что увидеть невозможно? И им также пришлось расширять свое понимание понятия «видеть». И целью стало не обнаружение темной энергии, а определение темной энергии.

В космологии темной энергией считается вид энергии, введенный в математическую модель Вселенной ради объяснения ее наблюдаемого расширения, которое ускоряется. Сущность может объясняться по-разному. Фактически вариантов объяснения два. Во-первых, космологическая постоянная, то есть неизменная энергетическая плотность, равномерно заполняющая пространство Вселенной. Получается, что нужно повторно ввести космологическую постоянную Эйнштейна, указывающую на то, что пространство само противодействует гравитации. В таком случае выходит, что темная энергия не меняется в пространстве и времени. Во-вторых, квинтэссенция, то есть динамическое поле, энергетическая плотность которого может меняться в пространстве и времени.