Чудеса и катастрофы Вселенной

Чтобы выбрать между этими двумя вариантами и разрешить таким образом загадку, «ИнтеГРАЛ» одновременно картирует распределение по Галактике радиоактивного железа, которое производится исключительно в «горниле» сверхновых. Теории показывают, что во взрывающейся звезде алюминий и железо должны рождаться вместе, в одних и тех же областях. Таким образом, если распределение железа совпадет с распределением алюминия, это и будет служить доказательством, что подавляющее большинство алюминия рождается в результате именно вспышек сверхновых. Впрочем, эти измерения пока затруднены тем, что гамма-излучение от радиоактивного железа приблизительно в шесть раз слабее, чем от алюминия. Однако когда обсерватория в течение следующего года накопит больше данных, такая возможность наконец появится.

Кроме того, на основе полученных данных можно будет составить самую детальную в истории исследований карту распределения антивещества. Антивещество образуется за счет некоторых энергетически чрезвычайно эффективных атомных процессов, например в ходе радиоактивного распада того же алюминия. Его «подпись» известна как аннигиляционная линия 511 кэВ (гамма-фотоны такой энергии образуются при аннигиляции электронов и позитронов). Даже при том, что наблюдения «ИнтеГРАЛа» еще не полны, они дают понять, что антивещества в центре Галактики слишком много для того, чтобы можно было объяснить его появление только распадом алюминия. Также ясно показано наличие множества источников антивещества — оно вовсе не концентрируется вблизи одной точки.

К числу возможных поставщиков этого антивещества относятся сверхновые, старые красные и горячие голубые звезды, струи от нейтронных звезд и черных дыр, звездные вспышки, мощные гамма-всплески и продукты взаимодействия космических лучей с межзвездными газопылевыми облаками.

Современная космологическая картина опирается на факты, которые приходят из глубин Вселенной. Многие загадки пока остаются настолько сложными, что физики-теоретики начинают осознавать неполноту знаний о космических законах и взаимодействиях. Нужны как воздух новые подходы.

В современный период предполагается, что Вселенная расширяется. Модели Вселенной сравнивают с матрешкой, мыльными пузырями. Наш мир называют миром четырех измерений. Но он настолько богат тайнами, что человечеству будет над чем работать долгие годы. И все новые и новые рубежи будут звать пытливых и любознательных. И, наверное, все больше человек будет осознавать свою взаимосвязь со всем миром. А эта взаимосвязь предполагает и ответственность. Соприкосновение с могучими энергетическими силами космоса потребует от человечества стремления к миролюбию и доброте, активность действий будет нести одновременно и активность осознанности.

Но что же интересного происходит на передовых рубежах космологических сражений?

Известный британский физик Стивен Хокинг и сотрудник ЦЕРН Томас Хертог предложили радикально новый методологический принцип изучения Вселенной. Вместо исследования эволюции Вселенной снизу вверх, моделирования ее развития от момента зарождения до нынешних времен и далее, они предложили использовать принцип сверху вниз. Он предполагает постепенное распространение знаний о сегодняшнем моменте существования Вселенной назад во времени, к его началу.

Этот подход отличается нетрадиционностью и новизной для космологии. Хокинг и Хертог предположили, что Вселенная может не иметь одно-единственное начало и, соответственно, одну историю эволюции. Вместо этого у нее может быть множество начал и множество историй. Правда, альтернативные истории, с точки зрения ученых, присутствуют лишь потенциально, поскольку «испарились» практически сразу же после Большого взрыва. Новая теория способна помочь разрешить фундаментальную проблему теории струн. Эта теория предполагает существование множества параллельных вселенных с различными фундаментальными постоянными и даже с различной размерностью пространства-времени. Но такое предположение расходится с наблюдаемой нами реальностью, в которой имеется одна Вселенная и один, строго определенный, набор физических констант.

Новый подход позволит объяснить наличие в нашей Вселенной физических констант со строго определенными значениями. При малейшем изменении этих постоянных должна существенно меняться вся Вселенная. Даже появление в ней жизни делается в принципе невозможным. По мнению Хокинга и Хертога, предложенная ими модель может быть проверена путем наблюдений флуктуаций фонового микроволнового излучения. Странный характер этих флуктуаций уже привел к появлению термина ось Зла. Современная космологическая модель, возможно, будет претерпевать существенные изменения. К слову, Хокинг — выдающийся ученый нашей эпохи. Его судьба необычна, как, впрочем, и бывает у всех гениальных и одаренных личностей. Подробнее об этом удивительном человеке будет рассказано в книге данной серии, посвященной способностям человека.

Над моделями Вселенной работают и другие астрофизики. Американские ученые разработали математическую модель, которая, как ожидается, позволит астрономам экспериментально подтвердить пятимерную теорию гравитации, бросившую вызов общей теории относительности Эйнштейна.

Профессор Чарльз Китон из Университета Ратджерса и профессор Арли Петтерс из Университета Дьюка при создании своей модели использовали недавно разработанную теорию под названием «Гравитационная модель мембранной Вселенной Рандалл — Сандрама типа II». В основе теории лежит предположение о том, что видимая Вселенная представляет собой мембрану, расположенную в пределах большей по размерам Вселенной. Мембранная Вселенная имеет пять измерений — четыре пространственных и одно временное — в отличие от четырехмерной Вселенной, которую описывает общая теория относительности. Профессоры Китон и Петтерс предсказывают существование некоторых космологических явлений, которые могут подтвердить новую теорию мембранной Вселенной. «Если теория мембранной Вселенной подтвердится, это вызовет революционный переворот во всей современной науке, — комментирует свою работу профессор Петтерс. — Пятимерность Вселенной полностью меняет также и философское понимание мира, в котором мы живем».

Модель мембранной Вселенной, созданная Лайзой Рандалл из Гарвардского университета и Раманом Сандрамом из Университета Дж. Хопкинса содержит математическое описание гравитационного формирования Вселенной, которое существенно отличается от описания, предложенного общей теорией относительности. В основе новой теории лежит предположение, что малые черные дыры, образовавшиеся на ранних стадиях развития Вселенной, сохранились до настоящего времени. Черные дыры, сравнимые по массе с небольшими астероидами, вполне могут быть частью темной материи Вселенной, которую можно обнаружить только по гравитационному полю. Общая теория относительности, с другой стороны, утверждает, что малые черные дыры ранней Вселенной «испарились» и более не существуют.

«Когда мы рассчитали, на каком расстоянии от Земли могут находиться малые черные дыры, оказалось, что самые близкие могут быть в пределах орбиты Плутона», — говорит профессор Китон. «Если предположить, что реликтовые черные дыры составляют хотя бы 1 % темной материи в нашей Галактике, в Солнечной системе должно быть несколько тысяч таких черных дыр», — добавляет профессор Петтерс.

Таким образом, для подтверждения теории пятимерной Вселенной необходимо доказать, что микродыры действительно существуют. Ученые пришли к выводу, что обнаружить черные дыры можно по их воздействию на электромагнитное излучение, распространяющееся от других галактик по направлению к Земле. При прохождении излучения вблизи черной дыры возникает эффект, известный под названием гравитационная фокусировка. Наибольшее влияние гравитационное поле оказывает на гамма-лучи, генерируемые при взрывах звезд.

Вычисления ученых показали, что черные дыры будут оказывать на гамма-лучи примерно такое же воздействие, какое выступ скалы оказывает на волны, распространяющиеся по поверхности водоема. За скалой можно наблюдать так называемую интерференционную картину. Аналогичным образом по интерферограмме гамма-излучения вблизи черной дыры можно будет определить характеристики самой дыры и, как следствие, характеристики пространства и времени. Получить интерферограммы можно будет при помощи космического гамма-телескопа Gamma-ray Large Area Space Telescope. Космический зонд, на котором он будет установлен, планируется запустить в августе 2007 г.