Темную энергию ждет интереснейший эксперимент
Если вы не астрофизик, вы, вероятно, не сидите и не думаете о темной энергии постоянно. И это можно понять, поскольку темная энергия (не путать с темной силой, юный подаван) никак не влияет на нашу, вашу и мою, жизнь. Но если бы вы на минутку остановились и подумали о темной энергии, то возникли бы вопросы. Эта загадочная сила, которая составляет основную часть Вселенной, но была открыта лишь 17 лет назад, невероятным образом разрывает космос на части с увеличивающимся темпом.
Астрофизики много думают о темной энергии. И отчаянно нуждаются в большей информации о ней, прямо сейчас, имея всего два важных очага информации. Один показывает Вселенную в ее юности, в возрасте 380 000 лет, благодаря наблюдениям космического микроволнового фонового излучения. Также, направляя свои телескопы в небо и оглядываясь, они могут измерить нынешний темп расширения Вселенной.
Но астрономы отчаянно хотели бы знать, что произошло между Большим Взрывом и сегодняшним днем. Постоянна ли темная энергия или же ускоряется? Или, что еще более невероятно, может быть все находится на пороге своеобразного фазового перехода, готовое превратиться в лед, как сделал лед-девять в «Колыбели для кошки» Курта Воннегута? Наверное, нет, хотя кто его знает.
План с большой буквы «П»
К счастью, у астрономов в Западном Техасе есть план на 42 миллиона долларов по использованию четвертого по величине оптического телескопа в мире, чтобы получить ответы на некоторые вопросы. До сих пор 9-метровый телескоп Хобби - Эберли в обсерватории Макдональд весьма преуспел в наблюдении очень далеких объектов, но в узком поле зрения. С новой умной оптической системой астрономы расширили поле зрения телескопа на 120%, почти до размеров полной Луны. Следующим шагом будет создание набора спектрографов и, используя 34 000 оптических волокон, подключение их к фокальной плоскости телескопа.
«Мы собираемся создать трехмерную карту Вселенной, - говорит Карл Гебхардт, профессор астрономии Техасского университета в Остине. - На этой гигантской карте у каждого изображения, которое мы получим, будет множество спектров. Ни один другой телескоп не сможет добыть информацию в таком виде».
С этой подробной информацией о местонахождении и возрасте объектов в небе, астрономы надеются получить представление о том, как темная энергия влияла на скорость расширения Вселенной 5-10 миллиардов лет назад. Есть много теорий о том, чем может быть темная материя и как скорость расширения менялась со временем. Эти теории сделали прогнозы, которые теперь можно будет проверить фактическими данными.
Ник Сунцев, представитель A&M Aggies в Техасе, заранее предвкушает новые данные, которые начнут подтягиваться в ближайшие четыре года с телескопа Хобби - Эберли.
Сунцев хорошо известен сотрудничеством с Брайаном Шмидтом из High-Z Supernova Search Team, одной из двух исследовательских групп, обнаруживших темную энергию в 1998 году. Тогда наблюдения того, что скорость расширения Вселенной увеличивается, буквально перевернуло представление физиков о космосе. С тех пор они пытаются увязать загадочную силу - с загадочным названием «темная энергия» - с причиной этого ускорения.
На заре космоса
Когда ученые наблюдают квантовую механику, они видят крошечные флуктуации энергии. Есть мнение, что эти же флуктуации происходили на заре Вселенной, объясняет Сунцев. И когда юная Вселенная расширилась, то же произошло и с флуктуациями. Затем, спустя примерно секунду, когда температура Вселенной была примерно 10 миллиардов градусов Кельвина, эти колебания были по сути отпечатаны на темной материи. С тех пор эта темная материя (чем бы она ни была) реагирует лишь на силу гравитации.
Между тем, обычная материя и свет также заполняли Вселенную и в большей степени реагировали на электромагнетизм, чем на гравитацию. По мере расширения Вселенной, свет и материя волнами расходились наружу со скоростью звука. Затем, спустя 380 000 лет, говорит Сунцев, эти звуковые волны «замерзли», оставив космический микроволновый фон.
Эти волны ряби, замороженные относительно друг друга, расширялись наружу, и Вселенная росла. Их и сейчас можно увидеть - многие галактики отстоят друг от друга примерно на 500 миллионов световых лет, размер крупнейших пропастей. Но что произошло с момента замерзания и до того, что астрономы видят сегодня, является загадкой.
Техасский эксперимент позволит астрономам заполнить бреши в этом знании. Они должны быть в состоянии разделить две силы, действующие на расширение Вселенной. Это гравитационное стягивание из-за темной материи, которая сдерживает расширение. И это ускорение из-за темной энергии. Поскольку скорость расширения Вселенной в настоящее время увеличивается, темная энергия кажется доминирующей. Но так ли было всегда? Постоянна ли она? Когда она преодолела гравитационное притяжение темной материи?
«Я сравниваю это с неким флагом, - говорит Сунцев. - Мы не видим ветер, но знаем, что сила ветра развевает флаг. То же самое с рябью. Мы не видим темную энергию и темную материю, но мы видим, как они толкают и притягивают волны в течение долгого времени, а значит, можем измерить их силы с течением времени».
Конец Вселенной?
Эксперимент, который будет проводиться в обсерватории Макдональд, обойдется в 42 миллиона долларов и будет называться HETDEX (Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment). Этот телескоп находится в горах Дэвиса на западе Техаса, где наблюдаются самые темные и чистые небеса в континентальной части США. Проведение эксперимента займет три или четыре года, но астрономы надеются получить первые хорошие данные уже в первый год.
Если темная энергия постоянна, тогда нашу Вселенную ждет темное, одинокое будущее, поскольку все, что мы нынче наблюдаем, со временем исчезнет за горизонтом, превысив скорость света. Но если темная энергия изменяется со временем, сложно сказать, что будет дальше, говорит Сунцев. Один из маловероятных сценариев - среди многих - это фазовый переход. Темная энергия может пройти через каталитическое изменение, которое эхом разнесется по всей Вселенной. Тогда игра закончится, и об этом хотелось бы знать заранее.
Или же нет.
