«Планк» получил самую точную «фотографию» ранней Вселенной

Европейское космическое агентство опубликовало полученную космической обсерваторией «Планк» обновлённую карту реликтового излучения — слабого микроволнового фона, пронизывающего всё окружающее пространство и оставшегося с тех времён, когда Вселенная была совсем молодой. Анализ такой карты позволяет учёным отвечать на самые фундаментальные вопросы о Вселенной: каков её возраст, из чего она состоит и как она стала такой, какой мы её знаем. Согласно новым данным, Вселенная немного — на 100 миллионов лет — старее, чем считалось ранее, а темпы её ускоренного расширения — медленнее. Кроме того, учёные уточнили соотношение масс основных компонентов Вселенной: обычной и имеющей неизвестную природу тёмной материей, а также загадочной тёмной энергией. Оказалось, что предыдущие оценки завышали долю тёмной 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.

Карта реликтового микроволнового фона Вселенной, полученная обсерваторией «Планк»
Карта реликтового микроволнового фона Вселенной, полученная обсерваторией «Планк»

Образовавшись около 14 млрд лет назад (по уточнённым данным — 13,82 млрд) 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 всё обычное вещество в ней представляло собой плотную плазму — наподобие нашего Солнца или других звёзд. 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 её 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 полёт сквозь время и пространство.

Этот первый древний свет, известный как реликтовое излучение, дошёл и до наших времён. 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 времён. Изучая её, мы можем больше узнать о происхождении Вселенной, а также о её 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 принёс спутник WMAP.

Данные, полученные из новой карты, в основном подтверждают стандартную космологическую картину Вселенной, но уточняют некоторые из её параметров. Так, барионного вещества — то есть обычной, привычной нам 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 тёмной материи — вещества загадочной природы, проявляющей себя только через гравитационное взаимодействие на больших — порядка размеров галактик — расстояниях. Если ранее считалась, что её доля составляет около 22,7% общей массы Вселенной, то теперь она выросла до 26,8%. А вот тёмной энергии — гипотетической субстанции, ответственной за наблюдаемое ускоренное расширение нашей Вселенной — видимо, меньше, чем полагалось до сегодняшнего дня. Оценка её 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 учёные 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 угловое распределение микроволнового фона для достаточно больших углов — где-то от 6 до 90 градусов — слишком однородно. Во-вторых, и это может быть связано с первым, на карте реликтового излучения явно выделяется наличие двух полушарий — более «тёплого» и более «холодного». И наконец, в-третьих, в «тёплом» полушарии наблюдается аномально большое «холодное» пятно неизвестного происхождения.

Аномалии в распределении микроволнового фона
Аномалии в распределении микроволнового фона

Следует отметить, что 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, учёные смогут получить только с появлением новых уточнённых 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 и проскальзывают какие-то едва уловимые — буквально пунктирные — даже не черты, а штрижки характера, по которым чувствуется, что он сложнее и интереснее, чем кажется. Остаётся только надеяться, что, как и в настоящем кино, в конце концов природа откроет нам, на кого же наш разведчик работает на самом деле.


Это авторская версия статьи, опубликованной на сайте «Радио Свобода».

comments powered by Disqus