Чудеса и катастрофы Вселенной

Как голубые, так и красные сверхгиганты могут эволюционировать в сверхновую. Большую часть времени массивные звезды пребывают в состоянии красных сверхгигантов, поэтому мы наблюдаем их больше, чем голубых сверхгигантов. Астрофизики ранее даже предполагали, что все сверхновые происходят из красных сверхгигантов, однако сверхновая SN 1987А образовалась из голубого сверхгиганта и, таким образом, предположение оказалось неверным. Это событие также привело к пересмотру некоторых положений теории эволюции звезд.

ВСЕЛЕННАЯ ВО ВЛАСТИ ТЕМНОЙ ЭНЕРГИИ

Наблюдения за отдаленными квазарами, проводимые в течение 10 лет силами международной группы исследователей во главе с астрономами из Манчестерского университета, показывают, что основная часть энергии во Вселенной содержится в форме таинственной темной энергии.

Темная энергия (dark energy), иначе именуемая отрицательным давлением, или антигравитацией, — термин, возникший в рамках одной из самых популярных моделей Большого взрыва — модели инфляционной Вселенной, как бы «раздуваемой» по экспоненциальному закону на начальном этапе своего развития отрицательной гравитацией вакуума. Инфляционная модель позволила лучше объяснить совокупность реально наблюдаемых фактов вроде «плоской» (практически неискривленной) и сравнительно однородной по своей структуре окружающей нас области Вселенной, но взамен потребовала несколько произвольных допущений.

Подобным образом еще в 1917 г. Эйнштейн добавил в свои уравнения общей теории относительности специальный лямбда-член (космологическую постоянную), чтобы получить стационарную нерасширяющуюся Вселенную, что впоследствии называл главной ошибкой своей жизни. Точно такой же эффект, как введение лямбда-члена, производит присутствие нового фактора — отталкивания, антигравитации. Долгое время считалось, что модель расширяющейся Вселенной, по крайней мере на современном ее этапе, позволяет обойтись без этой новой сущности, космологическая постоянная Эйнштейна считалась равной или очень близкой к нулю. Но пять лет назад многие астрофизики парадоксальным образом вновь были вынуждены обратиться к этому старому непопулярному приему, чтобы согласовать наблюдаемые данные с теорией.

Первое убедительное доказательство реальности темной энергии принес год назад снимок сверхновой, взорвавшейся на рекордном расстоянии в 10 млрд световых лет, полученный космическим телескопом «Хаббл». Звезда такого типа должна была дать вспышку в два раза меньшей яркости, в связи с чем был сделан вывод, что расширение Вселенной происходит со все возрастающей скоростью. При отсутствии темной энергии расширение Вселенной должно было бы, наоборот, со временем замедляться, особенно учитывая найденные за последнее время физиками и астрофизиками запасы темной материи, то есть скрытой от непосредственного наблюдения в телескопы.

Теперь появилось доказательство того, что около 2/3 Вселенной (включая все виды материи) составляет темная энергия — странная сила антигравитации, воздействующая на удаленные объекты.

Использовались мощнейшие радиотелескопы, чтобы обследовать тысячи квазаров. Квазары, как вы помните, это удаленные (на краю видимой Вселенной) компактные источники излучения и источники рентгеновских лучей. Предполагается, что они представляют собой супермассивные черные дыры, ядра галактик, «питающиеся» межзвездным газом и веществом поглощаемых звезд.

Радиотелескопы позволяют достичь высочайшей разрешающей способности, недоступной более традиционным оптическим телескопам, даже поднятым на околоземную орбиту. Изображение каждого из 700 таких объектов искажалось присутствием на пути следования лучей неких скрытых массивных объектов, оказывающих воздействие, подобное гигантским гравитационным линзам. Радиолучи изгибаются вокруг гравитирующего объекта, и это приводит к тому, что на снимках появляются два (или даже больше) изображения одного и того же квазара. Сравнивая модели, в которых присутствовали разные оценки для темной энергии, заполняющей Вселенную, подбирали ту, которая лучше всего соответствовала бы работе реально наблюдающихся гравитационных линз.

Итак, около 2/3 Вселенной состоит из темной энергии. Оставшаяся треть приходится в основном на темную материю, состав которой до сих пор точно не прояснен. И только малая часть остается на долю обычной, видимой материи звезд и планет. Гравитация действует на все формы вещества, а антигравитация темной энергии проявляется только на дальних расстояниях, заставляя Вселенную расширяться ускоренными темпами, немыслимыми в том случае, если бы гравитация была доминирующей силой.

АНТИВЕЩЕСТВО НЕИЗВЕСТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Орбитальная гамма-обсерватория ESA «ИнтеГРАЛ» (InteGRAL) проделала большую работу по составлению обширной карты нашей Галактики в важнейших для астрофизиков волновых диапазонах, в частности в гамма-лучах. Это дает возможность составить самую точную на сегодняшний день картину текущих изменений в химическом составе Млечного Пути. Кроме всего прочего, подтверждается присутствие таинственного антивещества в нашем галактическом центре.

Международная астрофизическая гамма-обсерватория «ИнтеГРАЛ» (INTErnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory — InteGRAL) — первая орбитальная обсерватория, которая позволяет наблюдать астрономические объекты одновременно в гамма-лучах, рентгеновском излучении и видимом свете. «ИнтеГРАЛ» был запущен на российском ракетоносителе «Протон» 17 октября 2002 г. на вытянутую эллиптическую орбиту вокруг Земли. Его основной целью считаются те регионы Галактики, где рождаются химические элементы, и массивные компактные объекты вроде черных дыр.

Со времен своего рождения из облака водорода и гелия приблизительно 12 млрд лет назад Млечный Путь постепенно накапливал более тяжелые химические элементы. На каком-то этапе из них смогли сформироваться планеты и в конечном счете появилась жизнь на Земле. В природе теперь известно свыше 100 типов атомов или элементов, таких как железо, кислород, водород и т. д. Реакции ядерного синтеза, происходящие внутри звезд и при взрывах сверхновых, приводят к образованию новых элементов при объединении более легких элементов в тяжелые. Этот процесс, называемый также ядерным горением, не прекращается и по сей день.

В большинстве звезд, включая наше Солнце, водород непрерывно переплавляется в гелий. После полного выгорания водорода топливом для процесса горения становится сам гелий. На этом процесс горения в большинстве звезд заканчивается, звезда сбрасывает свои внешние слои в окружающее пространство, так что этот обогащенный газ может стать сырьем для следующего поколения звезд и планет. Звезда, масса которой в несколько раз превышает массу Солнца, может пойти дальше, производя внутри себя углерод, кислород, кремний, серу и железо. Если до этого момента процесс шел с выделением энергии, теперь для образования элементов более тяжелых, чем железо и никель, в условиях, когда все имевшееся в ядре звезды топливо уже выгорело, требуется новый подвод энергии. Такие более тяжелые элементы, как, например, золото, свинец и уран, образуются при взрывах сверхновых и выбрасываются в космическое пространство, где могут стать строительным материалом для новых небесных объектов.

В настоящее время один из наиболее тяжелых элементов — радиоактивный изотоп алюминия (А1 26) — присутствует в Галактике буквально всюду, причем в результате его распада образуется магний и выделяется гамма-излучение с длиной волны, известной как линия 1809 кэВ. «ИнтеГРАЛ» позволяет составить карту этого излучения и идентифицировать таким образом, источники, производящие весь этот алюминий. В частности, «ИнтеГРАЛ» изучает алюминиевые «горячие пятна» на карте Галактики, с тем чтобы определить, конкретными ли астрономическими объектами они образованы или случайно выстроившимися вдоль одной линии несколькими источниками.

Астрономы полагают, что наиболее вероятными источниками такого алюминия являются вспышки сверхновых (взрывы массивных звезд). Учитывая, что время распада алюминия — около одного миллиона лет, можно таким образом выяснить, сколько звездных катастроф произошло за последнее время (по астрономическим меркам). Другими возможными источниками алюминия считаются крупные звезды — красные гиганты или горячие голубые звезды, которые также порождают этот элемент.