Тайны пространства и времени - Комаров Виктор Ноевич - Страница 33

Следует подчеркнуть, что открытие гигантских космических «пустот» нисколько не противоречит представлениям об однородности Вселенной в больших масштабах. Ведь их размеры не идут ни в какое сравнение с размерами той области пространства, которая охвачена астрономическими наблюдениями.

Для окончательного выяснения пространственной структуры Вселенной наряду с дальнейшей разработкой теории потребуется провести множество исследований и наблюдений, в частности, определить положение в пространстве десятков тысяч далеких галактик, а также разработать методы обнаружения разреженного ионизированного газа.

Если повсеместный характер сетевой структуры сверхскоплений галактик подтвердится дальнейшими исследованиями, то это будет иметь колоссальное значение для понимания особенностей строения и эволюции нашей Вселенной. Дело том, что «сетевая структура» неустойчива! Возможно, именно по этой причине в нашей Вселенной не существует (или почти не существует) объединений более высокого порядка, чем сверхскопления. Да и сами сверхскопления постепенно рассеиваются и, таким образом, представляют собой лишь временную фазу пространственного распределения звездных систем.

Согласно некоторым расчетам, продолжительность того этапа эволюции Вселенной, на протяжении которого сохраняется сетевая структура сверхскоплений, составляет примерно 10 миллиардов лет. Это говорит о том, что мы живем на некотором промежуточном этапе эволюции Вселенной, – этапе не слишком молодом, но и не слишком старом, так что ее пространственная структура еще будет существенным образом изменяться. Этот вывод имеет принципиальное значение.

Хотя внегалактическая астрономия – один из наиболее бурно развивающихся разделов современной науки о Вселенной, но это и одна из самых молодых ее областей. Поэтому нет ничего удивительного в том, что в современной внегалактической астрономии имеется больше нерешенных вопросов, чем в любой другой области науки о Вселенной. И вопросов не только частного, локального характера, но и фундаментальных, от содержания ответов на которые зависит наше понимание основных законов мироздания, свойств и строения того мира, в котором мы живем и частью которого являемся.

Загадка скрытых масс

На пороге третьего тысячелетия астрономы все еще не могут дать точный ответ на вопрос: из чего состоит наша Вселенная?

Хорошо известно, что галактики состоят из звезд, планет, межзвездного газа и пыли, но… и еще из «чего-то» такого, что никак не удается зарегистрировать никакими приемниками излучения.

Эти таинственные объекты проявляют себя только гравитационными воздействиями на другие космические тела. А так как гравитация непосредственно связана с массами, то таинственные «невидимки» получили название «скрытой массы».

Впервые на проблему существования скрытой массы натолкнулся еще в 1933 году швейцарский астроном Ф. Цвикки. Измеряя скорости движения галактик в скоплении, расположенном в созвездии Волосы Вероники, он обнаружил, что они движутся с очень высокими скоростями. Последующие вычисления показали, что для того, чтобы удержать столь «быстрые» галактики, необходима масса, значительно превосходящая (раз в десять!) общую массу скопления, о котором идет речь. Так возник «парадокс Цвикки», получивший впоследствии подтверждения при изучении других скоплений звездных островов Вселенной.

Дело в том, что в принципе существуют два независимых способа определения массы скоплений галактик. Один из них основан на обнаруженной астрономами зависимости между массами скоплений и скоростями собственных движений звездных островов, которые входят в их состав. Поскольку эти скорости, а также радиусы скоплений можно достаточно точно определить с помощью астрономических наблюдений, то нетрудно вычислить и массы скоплений. Массы, определенные подобным методом, получили название «вириальных» по «имени» одной важной теоремы классической механики.

Другой способ заключается в следующем. Многочисленные исследования показали, что массы скоплений галактик и отдельных звездных систем связаны с их светимостями. Чем выше светимость, тем больше масса. Поэтому считается, что измеряя светимости, можно довольно точно определять как массы отдельных галактик, так и их групп.

Вполне естественно было сопоставить полученные двумя способами результаты между собой. И не менее естественно было ожидать, что поскольку речь идет о массах одних и тех же космических объектов, то эти результаты совпадут.

Однако оказалось, что массы скоплений, определенные по их светимостям, значительно ниже, чем их «вириальные» массы. Добро бы это различие составляло какие-нибудь 510%. Тогда его вполне можно было бы отнести на счет мелких ошибок, допущенных при измерении физических характеристик изучаемых объектов, погрешностей вычислений и тому подобных «побочных обстоятельств». Астрономы нередко так и поступают…

Но в данном случае подобный «спасительный метод» согласования несовпадающих результатов был явно неприменим. Оказалось, что «вириальные» массы превосходят массы, определенные по светимости, в десятки и в сотни раз.

А в 1970-е годы дополнительно выяснилось, что движение галактик в скоплениях вступает и в противоречие с законами небесной механики. Более того, оказалось, что внешние области нашей Галактики обращаются вокруг ее центра так же быстро, как и внутренние! Эту аномалию также можно было бы объяснить наличием скрытой массы. Если допустить, что наша звездная система полностью погружена в огромное массивное невидимое «облако», то все странности, связанные с вращением ее составных частей, вполне закономерны.

Окончательно убедившись в реальном существовании скрытых масс, астрономы не могли не задуматься над тем, что они могут собой представлять. Определенная часть исследователей Вселенной допускает, что «темное вещество» вполне может состоять из обычных космических объектов, которые просто не удается наблюдать из-за огромных космических расстояний. Речь может идти как о планетах и астероидах, так и о не «загоревшихся» или уже остывших звездах, нейтронных звездах и даже черных дырах. В совокупности подобные объекты стали называть английской аббревиатурой МАСНО, что значит – «массивные компактные объекты гало…», то есть объекты, которые могут располагаться в периферийных областях галактик, в том числе и нашего Млечного Пути.

В 1986 году астрофизик Пристонского университета в США Б. Пачински предложил применить для поиска МАСНО-объектов метод так называемых гравитационных линз.

Идея состояла в следующем. Если одно из «темных» массивных тел, обращающихся вокруг центра нашей Галактики, в какой-то момент окажется на пути световых лучей, идущих к Земле от одной из звезд Большого Магелланова Облака, то гравитационное поле этого МАСНО-объекта сработает как «собирающая линза». В результате видимый блеск «линзируемой» звезды на какое-то время значительно возрастет, а затем она возвратится в обычное состояние. В последнее десятилетие подобные исследования проводились рядом научных коллективов, однако полученные результаты пока не дают оснований для окончательных выводов.

В то же время ряд других физиков и астрофизиков занялись поисками пресловутой «скрытой массы» в мире элементарных частиц. В частности, некоторые физики возлагают надежды на еще неизвестные науке (не открытые) тяжелые элементарные частицы с экзотическими свойствами. И хотя они еще не обнаружены, им даже уже присвоили специальное наименование – IMP, что означает – «слабо взаимодействующие массивные частицы».

Высказывались также предположения о существовании еще одной, на этот раз сверхлегкой ненаблюдаемой частицы – «аксиона». По оценкам некоторых исследователей, число таких частиц в каждом кубическом сантиметре пространства достигает невообразимой величины, равной 100 триллионам, так что их суммарный вклад в «скрытую массу» может оказаться весьма существенным.