Вселенная. Емкие ответы на непостижимые вопросы - Брайан Грин

Волны в ранней вселенной (барионные акустические колебания) повлияли на вариации температуры реликтового излучения. По мере расширения вселенной эти колебания преобразовались в крупномасштабные вариации плотности газа – место зарождения первых скоплений галактик. Давление света в молодых звездах так велико, что обыкновенное вещество отбрасывается на огромное расстояние (около 450 мегапарсек), но темная материя остается на месте (так как не учавствует в электромагнитном взаимодействии) и притягивает обратно часть обычной материи, но другая часть остается вдали и становится основой будущих галактик.

Так что эти большие сгущения размером примерно в один градус можно наблюдать на небе. Если посмотреть на карту, составленную в рамках Слоановского обзора, станет ясно, что вокруг этих сгущений чуть больше галактик, чем должно быть. И мы можем измерить расстояние – прямо как линейкой – от этого сгущения до новых галактик и так понять, насколько сильно расширилась вселенная со времени их формирования.

Мы можем измерить, как меняется со временем вселенная, как быстро она расширяется, как быстро формируются новые галактики. И так мы сможем различить эффекты, возможно, производимые темной материей или модифицированной гравитацией или чем-то еще. Так что работы у нас много.

Команда проекта BOSS занимается также созданием моделей. Мы задаем (в компьютерной симуляции) небольшие колебания микроволнового излучения, позволяем гравитации работать в течение нескольких миллиардов лет и начинаем видеть формирование странно выглядящих структур. Они не появляются случайно или внезапно, они имеют определенную форму – похожи на длинные нити. Сначала мы видим маленькие горячие точки, а затем видим, что горячие точки связаны между собой. Дело не в том, что они не были связаны раньше, просто требуется время, чтобы связи развились и в итоге сформировали нечто вроде сетки. Это своего рода космическая сеть, и все это делает простая и привычная нам гравитация. А в гравитационном взаимодействии, как нам известно, может проявляться эффект темной материи.

Наши симуляции позволяют предположить, как вселенная выглядит сегодня (ведь непосредственно мы наблюдаем только то, что происходило миллионы лет назад). Издалека все выглядит достаточно однородным, но если приблизить, то картинка больше всего будет похожа на изображение биологической системы. Вы вновь увидите нити, а на их пересечении – разных размеров скопления галактик. Ширина нашей модели – три миллиарда световых лет, и, как я сказал, в таком масштабе все выглядит одинаково, но при приближении становится похоже на сеть нейронов или что-то в этом роде. Видны волокна и пустоты между ними.

Гравитация искривила то, что без нее было бы достаточно равномерно-одинаковым пространством. Гравитация добавила много острых углов. Забавно, что мы на Земле не только не в центре нашей Солнечной системы или нашей Галактики – мы даже не входим в большое скопление галактик. Наше скопление – так, пустячок. Если бы мы находились в крупном скоплении, на нашем небосводе было бы видно множество соседних галактик. Жизнь в центре скопления галактик похожа в этом смысле на жизнь в мегаполисе.

Преимущество, которое есть у создателя модели, или у физика, или у Бога, – возможность менять масштаб, смотреть на большую картину. Изнутри кажется, что наша Галактика почти бесконечна, но мы знаем, что она – лишь малая часть куда большей структуры. Карты, вроде тех, что делаем мы, помогают это осознать.

Итак, мы создали модель, которая позволяет не просто выглянуть из своего уголка в большой космос, но и посмотреть на те миллиарды лет, что прошли до появления людей с их телескопами.

Вот снимок спутника COBE – немного сглаженный, и из него вычтена модель галактики. Изображение немного сглажено, чтобы было лучше видно крупномасштабные структуры. А теперь взгляните на снимок, полученный по данным WMAP и Planck и сглаженный до того же разрешения (рис. 5).

Рис. 5. Слева – данные радиометра для измерения анизотропии яркости реликтового излучения COBE, справа – WMAP и Planck.

А вот карта Земли. Заметно, как сильно эти изображения отличаются друг от друга. Вы видите эти длинные белые линии – границы континентов, Атлантический хребет, различные объекты на юге Тихого и Индийского океанов. Эти ярко выраженные линии мы видим потому, что формирование Земли было сложным и нелинейным процессом.

Если вы снова взглянете на карту космического реликтового излучения, вы увидите горячие и холодные области, но ничего похожего на белые линии на Земле. Это значит, что процесс, механизм создания пространства-времени был куда проще и последовательнее. И для нас это отлично.

Мы можем сказать с некоторой долей уверенности, что процессы возникновения пространства и времени достаточно просты. Это дает нам надежду на то, что мы сможем их описать и просчитать. Наша работа противоположна в этом смысле изучению биологической жизни – чем дальше мы смотрим, тем проще все становится.

Еще мы собрали из кусочков (изображений, полученных в основном со спутника ЕКА «Гиппарх») карту ближайшего к нам полумиллиона звезд. И вновь перед нами импрессионистская картина, десятки тысяч звезд (в каждой галактике их примерно 400 миллиардов).

Мы также создали модель Местной группы галактик: можно начать с нашего Млечного Пути и двигаться дальше и дальше от него, пока не увидишь нашего ближайшего соседа. К этому моменту уже можно закрыть всю нашу Галактику большим пальцем руки. Едем дальше, двигаемся быстрее – помните, что до ближайшего соседа нам лететь два миллиона лет. Теперь вы начинаете замечать красные точки – очень яркие галактики, их можно видеть с большого расстояния, как и квазары. Обычные галактики с такого расстояния не видны.

В ближайшем будущем нам хотелось бы увеличить детализацию в 10–50 раз и нанести на карту хоть сколько-нибудь заметную часть объема вселенной. Интересно, что нам предстоит решить сначала, что будет единицей масштаба – расстояние, время или что-то еще. В итоге мы хотим нанести все на карту и посмотреть, насколько она соответствует нашим ожиданиям и представлениям о создании и формировании вселенной.