Борис Штерн - Прорыв за край мира

И это еще не всё. Оказывается, состояние Вселенной после рекомбинации тоже влияет на карту реликтового излучения. Свободные электроны рассеивают излучение, что слегка замывает картину и требует учета. Электроны связываются в атомы в эпоху рекомбинации, но через сотни миллионов лет межгалактический газ снова меняет свое состояние — под действием ультрафиолетового излучения квазаров и звезд происходит вторичная ионизация. Выше рассказано про эффект Ганна — Петерсона, обнаруженный в спектре квазара с красным смещением 6,28. На самом деле то, что увидели, — это самый конец вторичной ионизации, когда атомов водорода в межгалактическом газе осталось совсем немного. Реально она произошла раньше при большем красном смещении. Когда именно, мы не видим. Поэтому это шестой свободный параметр.

Теперь осталось всё вычислить в зависимости от параметров — как развивались неоднородности темной материи в расширяющейся Вселенной, как колебались волны барионной материи и как они взаимодействовали через гравитацию с темной материей, как проходила рекомбинация вещества, как излучались фотоны реликтового излучения и как они распространялись по дороге. И многое другое. И подобрать такую шестерку параметров, которая наилучшим образом опишет данные, показанные на рис. 32.2.

Вот эти параметры с ошибками

Плотность барионов в единицах критической плотности Ω b = 0,0463 ± 0,0024 Плотность темной материи в тех же единицах Ω c = 0,233 ± 0,023 Плотность темной энергии в тех же единицах Ω Λ = 0,721 ± 0,025 Относительная среднеквадратичная амплитуда первичных неоднородностей D 2= (2,41 ± 0,10)·10 -9

Степенной индекс спектра первичных неоднородностей n s ( n s = 1 соответствует плоскому спектру) n s = 0,972 ± 0,013 Красное смещение, соответствующее вторичной ионизации z r = 10,6 ± 1,1 Из этих результатов прямо следует: возраст Вселенной — 13,74 ± 0,11 млрд лет — точность лучше процента!

Это результаты всех 9 лет работы WMAP. Дальше начинается дополнительная игра: данные WMAP дополняются информацией, полученной другими методами, в частности, из обзоров неба обычными телескопами. Точность возрастает.

Одна из самых интересных вещей, которые при этом обнаруживаются, — отклонение спектра первичных возмущений от чисто плоского. Если привлечь всю имеющуюся информацию, то имеем результат для степенного индекса: n s = 0,9608 ± 0,0080 (пять стандартных отклонений от единицы, которая соответствует плоскому спектру). Это уже кое-что говорит о самом процессе инфляции. Более того, это было предсказано давным-давно — еще в 1981 году Вячеславом Мухановым и Геннадием Чибисовым: первичный спектр возмущений отличается от плоского именно на такую величину. Если это не триумф науки, то что вообще можно назвать триумфом? Да и вся 9-летняя миссия WMAP, при всей скромности затрат на нее, оказалась фантастически успешной. По мнению автора, по суммарному вкладу в фундаментальную науку она превосходит открытие бозона Хиггса.

Космологическая инфляция работает как исполинский конвейер. Все возмущения плотности рождаются с определенным размером: 10 -27см или около того. Потом каждое возмущение растягивается в е раз за каждые 10 -37с, за это время генерируются новые, еще не растянутые. Пока конвейер работает с постоянной скоростью, спектр флуктуаций получается почти плоским. И когда он останавливается, проработав, скажем, 10 -34с, имеем почти плоский спектр, простирающийся от 10 -27см до, например, 10 400см (последняя цифра очень условна). Нас интересуют те возмущения, которые при остановке составляли от долей микрона до долей миллиметра, — именно они растянулись уже после инфляции в те неоднородности, которые видит WMAP. Когда они генерировались, «колесам конвейера» предстояло сделать еще около 50-60 «оборотов», т.е. растяжений в е раз. И из измеренного значения упрямо следует, что «конвейер» к тому моменту уже притормаживал — движущее скалярное поле ослабевало. Скорость торможения (характеризуемая отличием n s от 1), зависит от характеристик этого поля. Так люди дотянулись до физики явлений, на десять с лишним порядков выходящих за пределы возможностей Большого адронного коллайдера.

И это еще не всё! Физики предполагают, что число нейтрино равно трем и нет других частиц со столь же малой массой. Но это только предположение. Объединенные данные WMAP и других инструментов показывают, что число частиц, слабо взаимодействующих с веществом и имеющих малую массу: 3,84 ± 0,40 — т.е. указывают на возможность существования еще одной частицы. Однако эксперимент «Планк» (см. главу 36) скорректировал этот результат в сторону трех.