Вселенная расширяется с переменной скоростью

Со времен открытия Э. Хабблом "разбегания галактик" (1929) считалось, что расширение Вселенной должно постепенно замедляться под воздействием гравитации заполняющего ее вещества. Однако три года назад А. Рисс (A.Riess; Институт Космического телескопа, США) и его коллеги установили, что в действительности расширение Вселенной происходит с ускорением (Riess A.G. et al. // Astrophys. J. 2001. V.560. P.49-71; Turner M.S., Riess A.G. // Ibid. 2002. V.569. P.18-22.). Такой результат получен по наблюдениям в далеких галактиках сверхновых типа Iа — термоядерных взрывов на белых карликах. Эти объекты активно используются в качестве индикаторов расстояния благодаря тому, что мощность излучения в максимуме блеска у всех сверхновых типа Ia почти одна и та же (по крайней мере так считается). Когда в какой-то галактике вспыхивает сверхновая типа Ia, ее видимый блеск сопоставляется с известным (по наблюдениям сверхновых, дистанция до которых установлена каким-либо иным способом) истинным значением, что дает расстояние до самой сверхновой и до ее родительской галактики. Определенное таким способом, оно называется фотометрическим.

Но расстояние до сверхновых в относительно близких галактиках (в диапазоне от нескольких до сотен мегапарсеков) можно определить и другим методом. Хаббл установил, что в метагалактических окрестностях Млечного Пути расстояние до галактики прямо пропорционально скорости ее движения по лучу зрения, т.е. доплеровскому смещению линий в ее спектре. Сохраняет ли закон Хаббла свою силу для более далеких в пространстве и времени объектов?

При поисках ответа на этот вопрос сверхновые типа Ia незаменимы: в силу высокой яркости они видны на очень больших расстояниях. Три года назад Рисс и его коллеги обнаружили, что вычисленная по доплеровскому смещению космологическая скорость сверхновых, которые удалены от Земли на несколько миллиардов световых лет, оказывается меньше той, что предсказывается для данного фотометрического расстояния законом Хаббла; они интерпретировали это как свидетельство более медленного, чем сейчас, расширения Вселенной в прошлом. Их противники утверждали, что истинная причина несогласия кроется в переоцененном фотометрическом расстоянии до очень далеких сверхновых; в реальности, говорили скептики, они находятся ближе, а слабый блеск связан с тем, что их излучение частично поглощено межгалактической пылью, или с тем, что в прошлом при взрывах сверхновых выделялось меньше энергии.

Окончательный ответ могли дать только наблюдения еще более далеких сверхновых. Найти одну из них Риссу и его коллегам помог счастливый случай. Точнее, Сверхновую 1997ff еще в конце 1997 г. обнаружил Р. Джиллилэнд (R.Gilliland; Институт Космического телескопа), но измерить ее красное смещение тогда не удалось. Лишь в 2000 г. Рисс узнал, что ту же область неба через несколько недель после Джиллилэнда с помощью инфракрасной камеры Космического телескопа Хаббла изучала другая группа астрономов. На этих изображениях Сверхновая 1997ff также имелась, что позволило построить ее кривую блеска (определив тем самым тип вспышки), измерить максимальную яркость и установить, что красное смещение сверхновой равно 1.7. Это означает, что Сверхновая 1997ff — самая далекая из известных: расстояние до нее приблизительно равно 10 млрд св. лет. У предыдущего "рекордсмена" красное смещение — 1.2.

Если бы несовпадение параметров далеких сверхновых с предсказаниями закона Хаббла действительно было кажущимся (связанным с меньшей абсолютной светимостью или с межгалактическим поглощением), то у столь далекой сверхновой оно должно было проявиться в еще большей степени. На практике же несоответствие хотя и существует, но направлено "в другую сторону". Если определять расстояние по закону Хаббла, Сверхновая 1997ff оказывается ярче, чем должна быть стандартная сверхновая типа Ia с таким красным смещением. Ни поглощением, ни пониженным выделением энергии это уже не объяснить.

Рисс и его коллеги считают, что Сверхновая 1997ff в действительности не отличается от аналогичных объектов в наших близких окрестностях, а ее высокая яркость означает, что она находится ближе, чем предсказывает закон Хаббла. В обобщенном виде вывод американских ученых таков: сверхновые, удаленные от нас на несколько миллиардов световых лет, движутся медленнее, чем предсказывает закон Хаббла; это значит, что расширение Вселенной с той поры заметно ускорилось. Самая далекая сверхновая, напротив, удаляется от нас быстрее, чем предсказывает закон Хаббла, а значит, расширение Вселенной в ту эпоху замедлялось. По мнению авторов работы, и то, и другое — верно. Сейчас предполагается, что ускорение "разбегания галактик" связано с наличием во Вселенной "темной энергии", которая заставляет тела отталкиваться друг от друга, а в ранней Вселенной гравитационное притяжение было сильнее отталкивания, и потому разлет вещества замедлялся. Около 8 млрд лет назад расклад сил изменился, и с тех пор Вселенная расширяется с ускорением.

Конечно, не стоит забывать, что столь важные выводы сделаны на основании исследований единственного объекта. Авторы работы уверяют, что все основные источники ошибок приняты ими во внимание и на окончательный результат существенно повлиять не могут. Тем не менее возможность неверной интерпретации наблюдений не исключена. Вопрос о реальности ускорения и замедления Вселенной можно решить лишь после накопления большего объема данных о космологических сверхновых. Их поиск станет одной из основных задач Космического телескопа нового поколения (NGST), проектируемого сейчас под руководством НАСА.

© Д.З. Вибе, к.ф.-м.н.
Москва

http://vivovoco.nns.ru/