Группа американских и европейских ученых смогла найти применение темной материи, хотя до сих пор даже окончательно не ясна природа этой субстанции. Астрономы использовали скопление темной материи для оценки возраста Вселенной.
В ходе серии наблюдений, о которой рассказывается на страницах мартовского выпуска The Astrophysical Journal, ученые изучали объект, получивший наименование B1608+656. Он был известен астрономам и ранее, однако только сейчас его смогли применить в качестве своеобразного оптического инструмента космических масштабов.
Что такое B1608+656? Это гравитационная линза. Что-то очень тяжелое (в данном случае речь идет о скоплении темной материи) отклоняет проходящие мимо лучи света так, что при наблюдении со стороны кажется, будто в космосе действительно повисло гигантское увеличительное стекло. На полученных при помощи космического телескопа «Хаббл» снимках видно несколько размытых пятен, которые, как показал анализ, являются изображением одного и того же объекта из галактики, расположенной позади B1608+656.
Группа американских, датских и немецких исследователей сопоставила свет, проходящий через разные места линзы, смогла воссоздать поперечный профиль B1608+656, вычислить расстояние до галактики и, более того, определить так называемую постоянную Хаббла, через которую рассчитывается в том числе и возраст Вселенной.
Все вокруг гравитации
Общая теории относительности, описывающая гравитационное поле. Космология, описывающая эволюцию Вселенной в целом, темную материю и темную энергию. Методы анализа астрономических данных. Все эти области достаточно сложны, и статья ученых, предварительный вариант которой можно найти в архиве препринтов arXiv.org, в итоге занимает 24 страницы, с формулами, графиками и внушительным списком литературы.
Но за этими выкладками кроется фундаментальный процесс: расширение Вселенной. Вселенная в целом, как стало известно ученым еще в первой половине XX века, расширяется. Причем, как показали многочисленные наблюдения, расширяется с ускорением и в буквальном смысле слова «в никуда». Иными словами, галактики не просто разлетаются в разные стороны в пустом пространстве, а раздвигается само пространство: наиболее часто этот процесс ученые иллюстрируют примером воздушного шарика.
В случае со Вселенной расширяется уже не двухмерная поверхность, а трехмерное пространство — представить это сложно, но после появления общей теории относительности здесь уже не было для физиков ничего необычного. Теория относительности как раз и оперировала понятием искажения пространства-времени (которое еще и четырехмерно). Чтобы описать расширение Вселенной и наблюдаемый процесс разбегания галактик математически, была введена такая величина, как постоянная Хаббла: если ее умножить на расстояние до галактики, то можно сразу получить скорость, с которой она от нас удаляется.
Постоянная Хаббла определяет то, с какой скоростью расширяется Вселенная — а знание этой скорости играет ключевую роль в построении моделей, описывающих наш мир в целом. Понимание того, что Вселенная расширяется с ускорением, привело, например, к открытию темной энергии, пока не очень понятной силы, которая это расширение провоцирует. И чем точнее измерение постоянной Хаббла, тем больше определенность, с которой можно говорить об астрофизических моделях: по этой причине ее стараются измерить со всей возможной точностью.
Самый простой способ измерить расстояние до далеких галактик — это определить их скорость и поделить скорость на расстояние. Но «самый простой» не означает «самый надежный», да и с измерением расстояния тоже есть свои проблемы. Гравитационные линзы, вроде B1608+656, позволяют подойти к задаче с другой стороны, использовав сложный, но весьма точный метод анализа искривленных световых пучков.
Тайна Вселенной под увеличительным стеклом
Чтобы рассмотреть далекие галактики и измерить расстояние до них, астрономы начала прошлого столетия работали с лучшими наземными телескопами. Для изучения гравитационной линзы B1608+656 ученые использовали орбитальный телескоп «Хаббл», его вынесенная за пределы атмосферы Земли оптика обеспечила возможность провести все необходимые измерения.
Их суть, если оставить в стороне все математические детали, сводилась к следующему: свет через линзу идет четырьмя разными путями (так как вместо одной галактики мы видим четыре размытых пятна). Скорость света при этом постоянна, а разница во времени между приходом лучей известна: значит, можно вычислить и расстояние, длину каждого из четырех лучей.
А зная еще и форму линзы, можно для одной галактики получить не одну оценку расстояния, а четыре разных. Что резко повышает точность измерения: по оценкам исследователей, их результат примерно в два раза точнее предыдущих оценок. Значение постоянной Хаббла, полученное астрофизиками, таково, что если галактика удалена от нас на один мегапарсек, то скорость, с которой она будет удалятся, составит 70,6 км/с. Плюс-минус 3,1 км/с, погрешность в несколько процентов для космологических исследований считается очень низкой из-за чрезвычайной сложности измерений.
Новые оценки скорости расширения Вселенной, конечно, не единственные. Наряду с наблюдением за галактиками (как напрямую, так и через гравитационные линзы) у ученых есть и другие методы — например, анализ реликтового излучения, электромагнитного излучения, возникшего при Большом Взрыве. Или наблюдения за вспышками далеких сверхновых — причем последний метод недавно был пересмотрен в работе российского ученого Марата Гильфанова и его немецкого аспиранта Акоша Богдана.
Источник: gzt
|
