Европейское космическое агентство опубликовало полученную космической обсерваторией “Планк” обновленную карту реликтового излучения – слабого микроволнового фона, пронизывающего все окружающее пространство и оставшегося с тех времен, когда Вселенная была совсем молодой. Анализ такой карты позволяет ученым отвечать на самые фундаментальные вопросы о Вселенной: каков ее возраст, из чего она состоит и как она стала такой, какой мы ее знаем. Согласно новым данным, Вселенная немного – на 100 миллионов лет – старее, чем считалось ранее, а темпы ее ускоренного расширения – медленнее. Кроме того, ученые уточнили соотношение масс основных компонентов Вселенной: обычной и имеющей неизвестную природу темной материи, а также загадочной темной энергии. Оказалось, что предыдущие оценки завышали долю темной энергии и занижали доли обоих типов материи. В целом, новые данные, за исключением некоторых деталей, хорошо укладываются в стандартную космологическую модель, принятую в настоящее время в науке.
Образовавшись около 14 миллиардов лет назад (по уточненным данным – 13,82 миллиарда), наша Вселенная, согласно господствующей космологической модели, была маленькой и очень горячей. Сразу после рождения (так называемого Большого взрыва) она начала стремительно расширяться – то, что называется этапом инфляции, – и остывать. Со временем темп ускоренного расширения замедлился, но не остановился.
На ранних этапах своей жизни Вселенная была настолько горяча, что практически все обычное вещество в ней представляло собой плотную плазму, наподобие нашего Солнца или других звезд. В таком веществе свет не мог свободно распространяться и находился в своеобразном связанном состоянии. Но вот где-то через 380 тысяч лет после появления Вселенной ее температура из-за расширения упала до 2700 градусов, и плазма начала стремительно рекомбинировать: свободно летавшие до того протоны и электроны начали образовывать нейтральные атомы водорода. Среда стала прозрачной для электромагнитного излучения, и освободившийся свет начал свой полет сквозь время и пространство.
Этот первый древний свет, известный как реликтовое излучение, дошел и до наших времен. Однако из-за расширения Вселенной он "состарился", уменьшив свою частоту, и теперь представляет собой слабый микроволновой фон. Однако он сохранил в себе свойства той Вселенной, в которой появился, и представляет собой своеобразную "фотографию" тех древних времен. Изучая ее, мы можем больше узнать о происхождении Вселенной, а также о ее составе и возрасте.
Для составления наиболее полной и точной карты реликтового микроволнового излучения и был создан и запущен спутник "Планк". Это не первый подобный проект. До этого аналогичным методом, но с меньшей точностью, немало важных сведений о ранней Вселенной принес спутник WMAP.
Данные, полученные из новой карты, в основном подтверждают стандартную космологическую картину Вселенной, но уточняют некоторые из ее параметров. Так, барионного вещества – то есть обычной, привычной для нас с вами формы материи, данной нам в ощущениях, – в основном в виде излучения светового и других диапазонов, оказалось чуть больше, чем считалось ранее. Его доля в массе видимой Вселенной оценивается в 4,9% против предыдущих 4,5%. Чуть больше оказалось и темной материи – вещества загадочной природы, проявляющего себя только через гравитационное взаимодействие на больших – порядка размеров галактик – расстояниях. Если ранее считалось, что ее доля составляет около 22,7% общей массы Вселенной, то теперь она выросла до 26,8%. А вот темной энергии – гипотетической субстанции, ответственной за наблюдаемое ускоренное расширение нашей Вселенной, – видимо, меньше, чем полагали до сегодняшнего дня. Оценка ее доли в общемировом балансе упала с 72,8% до 68,3%.
Таким образом, можно было бы сказать, что новые данные не дают ничего принципиально нового, только уточняют уже известное, если бы не несколько небольших, но очень важных "но". И здесь не лишним будет отметить, что ученые как раз очень любят такие "но". Если результаты наблюдений совпадают с теоретическими предсказаниями, это скучно и неинтересно. Однако если что-то вдруг не так, как ожидалось, то, возможно, мы стоим перед большими открытиями. От возможности сделать такое открытие и отчасти удовлетворить природное любопытство не откажется, пожалуй, ни один из тех, кто посвятил свою жизнь большой науке.
Так вот, в новых данных есть сразу несколько моментов, не укладывающихся в стандартную космологическую модель. Во-первых, оказалось, что на самых крупных масштабах - соответствующих углам наблюдения где-то от 6 до 90 градусов - микроволновый фон слишком однороден. Во-вторых, и это может быть связано с первым, на карте реликтового излучения явно выделяется наличие двух полушарий – более "теплого" и более "холодного". И наконец, в-третьих, в "теплом" полушарии наблюдается аномально большое "холодное" пятно неизвестного происхождения.
Два последних обстоятельства были заметны и на предыдущих снимках (полученных спутником WMAP), однако из-за недостаточной точности измерений тогда не было полной уверенности, что этот эффект однозначно связан с космическим излучением, а не вызван шумами более близкого происхождения – например, в нашей Галактике. Сейчас эта возможность фактически исключена.
Удовлетворительных объяснений наблюдаемых данных пока нет. И это прекрасно, поскольку открывает возможности для построения каких-то новых теорий. Наиболее простой гипотезой является отказ от предположения изотропности Вселенной на больших масштабах. Изотропность – это свойство пространства, согласно которому все направления равноправны. Если предположить, что на больших расстояниях это не так, то оказывается, что распространяющийся по Вселенной свет претерпевает довольно причудливые искажения, приводящие в том числе к наблюдаемым эффектам. Окончательный ответ, так это или нет, ученые смогут получить только с появлением новых, уточненных данных спутника "Планк", которые обещают опубликовать в начале 2014 года.
В целом, с появлением новой карты ситуация с современной космологической картиной стала чем-то напоминать хорошо законспирированного разведчика в захватывающем шпионском детективе. Вроде обычный парень, простой и понятный. Но нет-нет да и проскальзывают какие-то едва уловимые - буквально пунктирные - даже не черты, а штришки характера, по которым чувствуется, что он сложнее и интереснее, чем кажется. Остается только надеяться, что, как и в настоящем кино, в конце концов природа откроет нам, на кого же наш разведчик работает на самом деле.
Образовавшись около 14 миллиардов лет назад (по уточненным данным – 13,82 миллиарда), наша Вселенная, согласно господствующей космологической модели, была маленькой и очень горячей. Сразу после рождения (так называемого Большого взрыва) она начала стремительно расширяться – то, что называется этапом инфляции, – и остывать. Со временем темп ускоренного расширения замедлился, но не остановился.
На ранних этапах своей жизни Вселенная была настолько горяча, что практически все обычное вещество в ней представляло собой плотную плазму, наподобие нашего Солнца или других звезд. В таком веществе свет не мог свободно распространяться и находился в своеобразном связанном состоянии. Но вот где-то через 380 тысяч лет после появления Вселенной ее температура из-за расширения упала до 2700 градусов, и плазма начала стремительно рекомбинировать: свободно летавшие до того протоны и электроны начали образовывать нейтральные атомы водорода. Среда стала прозрачной для электромагнитного излучения, и освободившийся свет начал свой полет сквозь время и пространство.
Этот первый древний свет, известный как реликтовое излучение, дошел и до наших времен. Однако из-за расширения Вселенной он "состарился", уменьшив свою частоту, и теперь представляет собой слабый микроволновой фон. Однако он сохранил в себе свойства той Вселенной, в которой появился, и представляет собой своеобразную "фотографию" тех древних времен. Изучая ее, мы можем больше узнать о происхождении Вселенной, а также о ее составе и возрасте.
Для составления наиболее полной и точной карты реликтового микроволнового излучения и был создан и запущен спутник "Планк". Это не первый подобный проект. До этого аналогичным методом, но с меньшей точностью, немало важных сведений о ранней Вселенной принес спутник WMAP.
Данные, полученные из новой карты, в основном подтверждают стандартную космологическую картину Вселенной, но уточняют некоторые из ее параметров. Так, барионного вещества – то есть обычной, привычной для нас с вами формы материи, данной нам в ощущениях, – в основном в виде излучения светового и других диапазонов, оказалось чуть больше, чем считалось ранее. Его доля в массе видимой Вселенной оценивается в 4,9% против предыдущих 4,5%. Чуть больше оказалось и темной материи – вещества загадочной природы, проявляющего себя только через гравитационное взаимодействие на больших – порядка размеров галактик – расстояниях. Если ранее считалось, что ее доля составляет около 22,7% общей массы Вселенной, то теперь она выросла до 26,8%. А вот темной энергии – гипотетической субстанции, ответственной за наблюдаемое ускоренное расширение нашей Вселенной, – видимо, меньше, чем полагали до сегодняшнего дня. Оценка ее доли в общемировом балансе упала с 72,8% до 68,3%.
Таким образом, можно было бы сказать, что новые данные не дают ничего принципиально нового, только уточняют уже известное, если бы не несколько небольших, но очень важных "но". И здесь не лишним будет отметить, что ученые как раз очень любят такие "но". Если результаты наблюдений совпадают с теоретическими предсказаниями, это скучно и неинтересно. Однако если что-то вдруг не так, как ожидалось, то, возможно, мы стоим перед большими открытиями. От возможности сделать такое открытие и отчасти удовлетворить природное любопытство не откажется, пожалуй, ни один из тех, кто посвятил свою жизнь большой науке.
Так вот, в новых данных есть сразу несколько моментов, не укладывающихся в стандартную космологическую модель. Во-первых, оказалось, что на самых крупных масштабах - соответствующих углам наблюдения где-то от 6 до 90 градусов - микроволновый фон слишком однороден. Во-вторых, и это может быть связано с первым, на карте реликтового излучения явно выделяется наличие двух полушарий – более "теплого" и более "холодного". И наконец, в-третьих, в "теплом" полушарии наблюдается аномально большое "холодное" пятно неизвестного происхождения.
Два последних обстоятельства были заметны и на предыдущих снимках (полученных спутником WMAP), однако из-за недостаточной точности измерений тогда не было полной уверенности, что этот эффект однозначно связан с космическим излучением, а не вызван шумами более близкого происхождения – например, в нашей Галактике. Сейчас эта возможность фактически исключена.
Удовлетворительных объяснений наблюдаемых данных пока нет. И это прекрасно, поскольку открывает возможности для построения каких-то новых теорий. Наиболее простой гипотезой является отказ от предположения изотропности Вселенной на больших масштабах. Изотропность – это свойство пространства, согласно которому все направления равноправны. Если предположить, что на больших расстояниях это не так, то оказывается, что распространяющийся по Вселенной свет претерпевает довольно причудливые искажения, приводящие в том числе к наблюдаемым эффектам. Окончательный ответ, так это или нет, ученые смогут получить только с появлением новых, уточненных данных спутника "Планк", которые обещают опубликовать в начале 2014 года.
В целом, с появлением новой карты ситуация с современной космологической картиной стала чем-то напоминать хорошо законспирированного разведчика в захватывающем шпионском детективе. Вроде обычный парень, простой и понятный. Но нет-нет да и проскальзывают какие-то едва уловимые - буквально пунктирные - даже не черты, а штришки характера, по которым чувствуется, что он сложнее и интереснее, чем кажется. Остается только надеяться, что, как и в настоящем кино, в конце концов природа откроет нам, на кого же наш разведчик работает на самом деле.
