Прорыв за край мира

^{Рис. 23.1. Диаграмма Хаббла для сверхновых 1а из статьи A. Reiss et al., По горизонтальной оси — красное смещение. По вертикальной оси — звездная величина сверхновой за вычетом ее абсолютной звездной величины. На общедоступном языке это означает 2,5 log (L₁₀/L), где L₁₀ — светимость данного объекта, как он наблюдался бы с 10 парсек, L — светимость, наблюдаемая с Земли. Чем выше точка, тем ниже наблюдаемая светимость. Линии соответствуют разным космологическим параметрам (см. в тексте). На нижней панели — та же диаграмма, отнормированная на теоретическую зависимость для Ω_m = 0,2; Ω_Λ = 0}

На рисунке — диаграмма Хаббла для далеких и близких сверхновых, опубликованная в статье Группы поиска далеких сверхновых. Сверху — диаграмма Хаббла как она есть, снизу — отнормированная на «нулевую гипотезу». В качестве последней авторы приняли плотность материи (обычной и темной) 0,2 от критической (Ω_m = 0,2), как показывали в то время данные наблюдений, и предположение, что больше во Вселенной ничего нет.

Мы видим, что разные модели Вселенной согласуются с данными по-разному. Эффект вроде бы небольшой. Точки для далеких сверхновых отклоняются вверх от нулевой гипотезы в среднем всего лишь на величину стандартной ошибки. Но поскольку точек много, и все отклоняются вверх, факт отклонения оказывается статистически значимым. Отклонение вверх в данных координатах означает меньшую яркость (примерно на 20-30%). Значит, сверхновые дальше, чем предсказывает «нулевая модель». Значит, расширение происходило дольше и немного по другому закону. Чтобы свести концы с концами, требуется расширение с ускорением. Чтобы расширение шло с ускорением, у Вселенной должно быть уравнение состояния с отрицательным давлением, как это изложено в главе 13: р < -1/3 ε. Значит, содержимое Вселенной не ограничивается обычной и темной материей, значит, в ней также есть совсем другая субстанция. Ее назвали «темной энергией». Вклад в темной энергии состав Вселенной обозначается как Ω_Λ — по ассоциации с лямбда-членом Эйнштейна.

Очень скоро вышла статья Перлмуттера с соавторами, где число далеких сверхновых на диаграмме Хаббла было уже около 30, и они свидетельствовали об ускоренном расширении Вселенной уверенней. Но часть космологической общественности медлила с признанием этого факта. Например, списывали наблюдаемое отклонение на эволюционный эффект, дескать, раньше химический состав белых карликов был другим. Но сомнения оставались недолго.

В том же 1998 году (и еще несколько раз позднее) в Антарктиде проводился эксперимент BOOMERanG (Balloon Observations Of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics). Аэростат с микроволновым телескопом запускали на волю циркулярных ветров «Полярной воронки», и за две недели он подобно бумерангу (в чем был второй смысл аббревиатуры) описывал круг на высоте около 40 км. Наблюдалась лишь небольшая часть неба, зато с хорошим угловым разрешением. Результат оказался поразительным. На угловом спектре неоднородностей реликтового излучения проявился четкий пик под названием «акустический». О том, что это такое, подробно рассказано в главах 30 и 31. Вскоре открытие было подтверждено экспериментом MAXIMA с еще меньшим охватом неба, но с еще большим угловым разрешением.

_{23.2 BOOMERanG перед запуском. На заднем плане — вулкан Эребус («Википедия»)}

Положение акустического пика четко свидетельствовало: наша Вселенная трехмерно-плоская, или, иными словами, евклидова, Это значит, что сумма плотностей энергии всех субстанций во Вселенной точно равна критической. В то же время измерения масс скоплений галактик по разбросу скоростей уверенно давали значения средней плотности Вселенной заметно меньше критической — не более 30%. Этот предел включал всю материю, подверженную гравитационной неустойчивости, — обычную и темную. И если мы видим, что плотность энергии обычной материи вместе с темной не выше 0,3 критической, значит, по меньшей мере еще недостающие 0,7 содержатся в совсем другой субстанции, давление которой должно быть отрицательным, иначе вообще концы с концами не сходятся. Потом последовали новые подтверждения из изучения крупномасштабной структуры Вселенной а также из данных новых космических микроволновых телескопов. Сейчас ускоренное расширение Вселенной — столь же твердо установленный факт, как и то, что Земля имеет форму эллипсоида.