Новое небо
Вглядываясь в далекое космическое прошлое, астрономы обнаруживают удивительно массивные и зрелые галактики. Эти открытия могут перевернуть наши представления об истории и строении Вселенной.
Наука о происхождении и эволюции Вселенной называется космологией. Она очень молода. Около ста лет назад астрономы признали в небесных туманностях другие галактики. В 1960‑е подтвердилась теория Большого взрыва (решающим доказательством стало открытие реликтового излучения). К концу XX века стало ясно, что большая часть массы во Вселенной приходится не на звезды и газ, а на темную материю и темную энергию. Ученые спорят, что представляют собой эти загадочные субстанции.
Самая авторитетная современная теория Вселенной называется Стандартной космологической моделью, или ΛCDM‑космологией. Буква Λ обозначает темную энергию, ускоряющую расширение Вселенной. CDM — это cold dark matter, холодная темная материя. Считается, что она состоит из еще не открытых в эксперименте элементарных частиц. Эти частицы, за редчайшими исключениями, проявляют себя только через гравитацию. Они не испускают и не поглощают никаких излучений, почти никогда не сталкиваются с обычными частицами и даже друг с другом.
Стандартная космологическая модель стала фундаментом, на котором строятся более частные теории. Например, самые успешные модели формирования галактик опираются на свойства темной материи. Считается, что после Большого взрыва обычное и темное вещество было сильно перемешано и почти равномерно распределено по пространству. Это очень важное «почти», ведь с крошечных первичных уплотнений началось формирование галактик. Гравитация привлекала к этим центрам массы новые порции вещества. Материя накапливалась, тяготение становилось сильнее и так далее. В конце концов космос разделился на сравнительно плотные галактики и зияющую пустоту между ними.
Ключевую роль в этом сыграла темная материя. Поскольку ее частицы не сталкивались друг с другом, они не создавали давления. Поэтому гравитация быстро собрала темную материю в огромные сферические облака. Их колоссальное притяжение привлекло в центр этих облаков обычный газ. Он продолжал уплотняться, формируя звезды.
Чем лучше становятся телескопы, тем дальше человеческий взгляд проникает в глубины Вселенной. И тем больше становится очевидно, что с теориями возникновения галактик — а может быть, и с ΛCDM‑космологией (Lambda‑Cold Dark Matter — современная CDM космологическая модель) — что‑то не так.
Коварное далеко
Мы сказали «чем дальше», но насколько дальше? Говорят, что самые простые вопросы — самые сложные. Вот и на вопрос, как далека от Земли самая далекая из известных галактик, ответить совсем не просто.
В масштабах Вселенной пространство и время выделывают занимательные кульбиты, предсказанные общей теорией относительности Эйнштейна. Из‑за этого привычное понятие расстояния теряет смысл и требует уточнения. Уточнить его можно разными способами, каждый из которых по‑своему разумен и востребован. Поэтому астрономы знают не одно, а несколько видов расстояния: радиальное, яркостное и так далее.
Пока эти расстояния малы, все они совпадают между собой. Поэтому мы можем говорить, что до Солнца 150 млн км, не особенно задумываясь, что это означает. С по‑настоящему далекими объектами все иначе: разные расстояния до одной и той же галактики могут отличаться друг от друга в несколько раз.
Гораздо удобнее говорить не о дистанции, а о времени путешествия света. Свет от самых далеких известных галактик добирался до Земли более 13 млрд лет. Предостережем читателя: это не означает, что до галактики 13 млрд световых лет! Так можно вычислить только одно из разнообразных расстояний, известных астрофизикам, и далеко не самое востребованное.
Так или иначе, Большой взрыв произошел 13,7–13,8 млрд лет назад. Другими словами, мы видим далекие галактики такими, какими они были спустя сотни миллионов лет после Большого взрыва. Это считаные проценты от нынешнего возраста Вселенной.