Чудеса и катастрофы Вселенной - Галина Железняк

В настоящее время один из наиболее тяжелых элементов — радиоактивный изотоп алюминия (А1 26) — присутствует в Галактике буквально всюду, причем в результате его распада образуется магний и выделяется гамма-излучение с длиной волны, известной как линия 1809 кэВ. «ИнтеГРАЛ» позволяет составить карту этого излучения и идентифицировать таким образом, источники, производящие весь этот алюминий. В частности, «ИнтеГРАЛ» изучает алюминиевые «горячие пятна» на карте Галактики, с тем чтобы определить, конкретными ли астрономическими объектами они образованы или случайно выстроившимися вдоль одной линии несколькими источниками.

Астрономы полагают, что наиболее вероятными источниками такого алюминия являются вспышки сверхновых (взрывы массивных звезд). Учитывая, что время распада алюминия — около одного миллиона лет, можно таким образом выяснить, сколько звездных катастроф произошло за последнее время (по астрономическим меркам). Другими возможными источниками алюминия считаются крупные звезды — красные гиганты или горячие голубые звезды, которые также порождают этот элемент.

Чтобы выбрать между этими двумя вариантами и разрешить таким образом загадку, «ИнтеГРАЛ» одновременно картирует распределение по Галактике радиоактивного железа, которое производится исключительно в «горниле» сверхновых. Теории показывают, что во взрывающейся звезде алюминий и железо должны рождаться вместе, в одних и тех же областях. Таким образом, если распределение железа совпадет с распределением алюминия, это и будет служить доказательством, что подавляющее большинство алюминия рождается в результате именно вспышек сверхновых. Впрочем, эти измерения пока затруднены тем, что гамма-излучение от радиоактивного железа приблизительно в шесть раз слабее, чем от алюминия. Однако когда обсерватория в течение следующего года накопит больше данных, такая возможность наконец появится.

Кроме того, на основе полученных данных можно будет составить самую детальную в истории исследований карту распределения антивещества. Антивещество образуется за счет некоторых энергетически чрезвычайно эффективных атомных процессов, например в ходе радиоактивного распада того же алюминия. Его «подпись» известна как аннигиляционная линия 511 кэВ (гамма-фотоны такой энергии образуются при аннигиляции электронов и позитронов). Даже при том, что наблюдения «ИнтеГРАЛа» еще не полны, они дают понять, что антивещества в центре Галактики слишком много для того, чтобы можно было объяснить его появление только распадом алюминия. Также ясно показано наличие множества источников антивещества — оно вовсе не концентрируется вблизи одной точки.

К числу возможных поставщиков этого антивещества относятся сверхновые, старые красные и горячие голубые звезды, струи от нейтронных звезд и черных дыр, звездные вспышки, мощные гамма-всплески и продукты взаимодействия космических лучей с межзвездными газопылевыми облаками.

Современная космологическая картина опирается на факты, которые приходят из глубин Вселенной. Многие загадки пока остаются настолько сложными, что физики-теоретики начинают осознавать неполноту знаний о космических законах и взаимодействиях. Нужны как воздух новые подходы.

В современный период предполагается, что Вселенная расширяется. Модели Вселенной сравнивают с матрешкой, мыльными пузырями. Наш мир называют миром четырех измерений. Но он настолько богат тайнами, что человечеству будет над чем работать долгие годы. И все новые и новые рубежи будут звать пытливых и любознательных. И, наверное, все больше человек будет осознавать свою взаимосвязь со всем миром. А эта взаимосвязь предполагает и ответственность. Соприкосновение с могучими энергетическими силами космоса потребует от человечества стремления к миролюбию и доброте, активность действий будет нести одновременно и активность осознанности.

Но что же интересного происходит на передовых рубежах космологических сражений?

Известный британский физик Стивен Хокинг и сотрудник ЦЕРН Томас Хертог предложили радикально новый методологический принцип изучения Вселенной. Вместо исследования эволюции Вселенной снизу вверх, моделирования ее развития от момента зарождения до нынешних времен и далее, они предложили использовать принцип сверху вниз. Он предполагает постепенное распространение знаний о сегодняшнем моменте существования Вселенной назад во времени, к его началу.

Этот подход отличается нетрадиционностью и новизной для космологии. Хокинг и Хертог предположили, что Вселенная может не иметь одно-единственное начало и, соответственно, одну историю эволюции. Вместо этого у нее может быть множество начал и множество историй. Правда, альтернативные истории, с точки зрения ученых, присутствуют лишь потенциально, поскольку «испарились» практически сразу же после Большого взрыва. Новая теория способна помочь разрешить фундаментальную проблему теории струн. Эта теория предполагает существование множества параллельных вселенных с различными фундаментальными постоянными и даже с различной размерностью пространства-времени. Но такое предположение расходится с наблюдаемой нами реальностью, в которой имеется одна Вселенная и один, строго определенный, набор физических констант.

Новый подход позволит объяснить наличие в нашей Вселенной физических констант со строго определенными значениями. При малейшем изменении этих постоянных должна существенно меняться вся Вселенная. Даже появление в ней жизни делается в принципе невозможным. По мнению Хокинга и Хертога, предложенная ими модель может быть проверена путем наблюдений флуктуаций фонового микроволнового излучения. Странный характер этих флуктуаций уже привел к появлению термина ось Зла. Современная космологическая модель, возможно, будет претерпевать существенные изменения. К слову, Хокинг — выдающийся ученый нашей эпохи. Его судьба необычна, как, впрочем, и бывает у всех гениальных и одаренных личностей. Подробнее об этом удивительном человеке будет рассказано в книге данной серии, посвященной способностям человека.

Над моделями Вселенной работают и другие астрофизики. Американские ученые разработали математическую модель, которая, как ожидается, позволит астрономам экспериментально подтвердить пятимерную теорию гравитации, бросившую вызов общей теории относительности Эйнштейна.

Профессор Чарльз Китон из Университета Ратджерса и профессор Арли Петтерс из Университета Дьюка при создании своей модели использовали недавно разработанную теорию под названием «Гравитационная модель мембранной Вселенной Рандалл — Сандрама типа II». В основе теории лежит предположение о том, что видимая Вселенная представляет собой мембрану, расположенную в пределах большей по размерам Вселенной. Мембранная Вселенная имеет пять измерений — четыре пространственных и одно временное — в отличие от четырехмерной Вселенной, которую описывает общая теория относительности. Профессоры Китон и Петтерс предсказывают существование некоторых космологических явлений, которые могут подтвердить новую теорию мембранной Вселенной. «Если теория мембранной Вселенной подтвердится, это вызовет революционный переворот во всей современной науке, — комментирует свою работу профессор Петтерс. — Пятимерность Вселенной полностью меняет также и философское понимание мира, в котором мы живем».

Модель мембранной Вселенной, созданная Лайзой Рандалл из Гарвардского университета и Раманом Сандрамом из Университета Дж. Хопкинса содержит математическое описание гравитационного формирования Вселенной, которое существенно отличается от описания, предложенного общей теорией относительности. В основе новой теории лежит предположение, что малые черные дыры, образовавшиеся на ранних стадиях развития Вселенной, сохранились до настоящего времени. Черные дыры, сравнимые по массе с небольшими астероидами, вполне могут быть частью темной материи Вселенной, которую можно обнаружить только по гравитационному полю. Общая теория относительности, с другой стороны, утверждает, что малые черные дыры ранней Вселенной «испарились» и более не существуют.

«Когда мы рассчитали, на каком расстоянии от Земли могут находиться малые черные дыры, оказалось, что самые близкие могут быть в пределах орбиты Плутона», — говорит профессор Китон. «Если предположить, что реликтовые черные дыры составляют хотя бы 1 % темной материи в нашей Галактике, в Солнечной системе должно быть несколько тысяч таких черных дыр», — добавляет профессор Петтерс.

Таким образом, для подтверждения теории пятимерной Вселенной необходимо доказать, что микродыры действительно существуют. Ученые пришли к выводу, что обнаружить черные дыры можно по их воздействию на электромагнитное излучение, распространяющееся от других галактик по направлению к Земле. При прохождении излучения вблизи черной дыры возникает эффект, известный под названием гравитационная фокусировка. Наибольшее влияние гравитационное поле оказывает на гамма-лучи, генерируемые при взрывах звезд.