Вселенная с нуля. От Большого взрыва до абсолютной пустоты - Жак Поль

показал, что она неизменна и не зависит от скорости наблюдателя и источника света. Ее обозначают буквой c, первой буквой латинского слова celeritas («скорость»). Эта универсальная константа представляет собой не просто скорость, то есть расстояние, деленное на время, чье значение зависит от системы единиц, выбранной для ее выражения. Физики так доверяют скорости света, что именно метр определяют в международной системе мер как эталонную единицу длины[2].

Некоторые физики считают, что фундаментальными физическими константами имеют право называться только те, чье значение не зависит от системы единиц.

Такова, к примеру, постоянная тонкой структуры (обозначаемая буквой α), которая используется при описании электромагнитного взаимодействия. Она применяется для характеристики расщепления энергетических уровней в атомах и проявляется в ситуации, когда атомы поглощают свет. Через четыре миллиарда лет после Большого взрыва звездообразование достигло пика. Тучи атомных ядер, созданных в горнилах звезд, распространялись по всей Вселенной. Их было так много, что многие из них попадали под лучи света, испускаемые чрезвычайно яркими квазарами. В результате в спектре последних возникали линии поглощения, сохранившие следы взаимодействия между излучением и материей. Уравнения, описывающие это взаимодействие, и содержат постоянную α.

Таким образом, можно узнать, изменилась ли эта фундаментальная постоянная с течением времени – в этом заставляют сомневаться некоторые теоретические модели, например теория струн. Чтобы проверить неизменность постоянной, индийский астрофизик Хум Чанд и два его французских коллеги в 2004 году проанализировали спектры восемнадцати квазаров (средняя величина красного смещения z = 1,55), полученные с помощью сверхмощного спектрографа и телескопа Куйен – одного из четырех, составляющих комплекс Очень большого телескопа (VLT) на горе Серро-Параналь в Чили. Определив значение константы α с точностью до одной миллионной, Чанд и его группа пришли к выводу, что за последние десять миллиарда лет оно не изменилось! Для подтверждения теории струн придется поискать другие аргументы…

☛ СМ. ТАКЖЕ

Мультивселенная (До Большого взрыва)

Большой взрыв (Начало расширения)

Природный реактор (2 миллиарда лет назад)

Взрыв сверхновой (–4500)

8,8 миллиарда лет назад

Образование диска Млечного Пути

Гигантское гало темной материи, окружающее Млечный Путь, способствует концентрации барионной материи и формированию тонкого вращающегося диска красивой спиральной структуры.

Так же как и другие звездные скопления, Млечный Путь – наша Галактика – образовался в результате последовательных слияний протогалактик, сгустков темной материи, возникших в сверхплотных участках первичной Вселенной. Протогалактики включали в себя и барионную материю в виде газа из водорода и гелия. В процессе слияний темная материя собиралась в основном на периферии галактик и сформировала гигантское сферическое гало радиусом в двести тысяч световых лет и массой порядка тысячи миллиарда солнечных. Втянутый внутрь барионный газ сплющился в форме гигантского тонкого диска, вращающегося вокруг своей оси. Общий диаметр диска составляет примерно сто тысяч световых лет, но диаметр его плотной части равен примерно тысяче световых лет. В нем вращаются сотни миллиарда звезд и внушительное количество плотных облаков межзвездного газа, в которых идет звездообразование.

Самой яркой характеристикой диска Млечного Пути служит его спиральная структура. Диск вращается вокруг оси не как твердое тело, не как граммофонная пластинка. За счет чего же тогда удерживается его спиральная структура с расходящимися в разные стороны рукавами? На самом деле рукава возникают не из материи. Они создаются волнами, при прохождении которых возрастает плотность вещества, так называемыми волнами плотности. Это явление можно сравнить с пробками на дорогах, которые постепенно распространяются по магистралям, когда движение становится интенсивным.

Наподобие автомобилей, количество которых увеличивается в месте пробки, межзвездный газ уплотняется при проходе волны плотности и провоцирует рост интенсивности звездообразования. Волна оставляет за собой гирлянду звезд, самые массивные из которых сияют ярко, но кратковременно. Эти волны плотности, вероятнее всего, порождает асимметрия в центре диска (типа перемычки, обнаруженной в центре Млечного Пути).

Формирование диска, обрамленного красивой спиральной структурой, характерно не только для Млечного Пути. Примерно в тот же период через подобные преобразования прошли многие галактики. Еще в XVIII веке астрономы обнаружили на ночном небе светлые пятна более или менее плоской формы. Как мы теперь знаем, это были самые яркие спиральные галактики. Эти наблюдения в 1775 году привели немецкого философа Иммануила Канта к идее, что Вселенная состоит из блуждающих в бездне пространства совокупностей звезд, подобных той, в которую входит Солнце. Он даже отметил, что эти системы должны были бы казаться кругообразными, если смотреть на них сверху, и эллиптическими при взгляде сбоку. Таким образом Кант предвосхитил, не формулируя ее конкретно, идею островных вселенных – спустя столетие этот термин предложил немецкий географ Александр фон Гумбольдт.

☛ СМ. ТАКЖЕ

Образование крупных структур (13,7 миллиарда лет назад)

7,7 миллиарда лет назад

Гамма-всплеск, видимый невооруженным глазом

В наблюдаемой Вселенной ежедневно взрываются ядра миллиона массивных звезд, но только один взрыв из миллиона сопровождается выбросом мощного потока гамма-излучения.

Гамма-всплеск происходит в момент, когда разрушенное ядро массивной звезды выбрасывает материю в виде двух противоположно направленных струй, которые распространяются со скоростью, близкой к скорости света, и когда эти струи одновременно разрушают звездную оболочку (один случай на миллион). Название этого явления связано с потоком направленного излучения, возникающего внутри выброшенной материи, наиболее интенсивны в нем гамма-лучи, хотя в потоке этого излучения присутствуют и световые, и рентгеновские волны.

Эти два направленных луча, очень узких и мощных, пронизывают всю Вселенную. Угол их распространения совсем небольшой (всего несколько градусов), и поэтому шанс, что они когда-нибудь достигнут Земли, всего один на тысячу. Вычислить эту вероятность очень просто: если ежедневно взрывается примерно миллион звезд, то они порождают тысячу пучков гамма-лучей; один из них теоретически может достичь Земли. Сканируя видимый небесный свод, обсерватории ежедневно регистрируют один-два гамма-всплеска. Если наблюдатель находится прямо на оси пучка излучения, там, где оно имеет максимальную интенсивность, всплеск ощущается заметно сильнее. Но такая ситуация случается довольно редко – не чаще одного раза в год!

Например, в далекой галактике взрывается ядро массивной звезды. Она выбрасывает два направленных пучка излучения, один из которых направляется к Земле и долетает до нее семь с половиной миллиарда лет спустя. Подобное явление, обозначенное кодом GRB 080319B, наблюдалось в 2008 году и было зарегистрировано как мощный гамма-всплеск. Астрофизикам повезло: они смогли наблюдать его даже в видимой части спектра с помощью прибора с широкоугольным объективом. Излучение было столь ярким, что его можно было увидеть и невооруженным глазом, если смотреть в нужный момент в определенном направлении. А произошло это событие, когда Вселенной было только шесть миллиарда лет!

Гамма-всплески имеют столь