Меню

Астрофизики из Бохума уверены, что Стандартная модель в ближайшее время будет пересмотрена

Профессор Хендрик Хильдебрандт утверждает, что хотя люди с незапамятных времен пытаются узнать, сколько весят звезды, решение этой задачи до сих пор не найдено.

Сейчас Хильдебрандт возглавляет исследовательскую группу Observational Cosmology в Бохуме, Германия. Его команду интересует не только то, какова масса видимой нами Вселенной (что также является теоретической проблемой), но и структура измеряемого вещества. По сути: равномерно ли распределена масса в пространстве или астрономические объекты встречаются «островками» в абсолютно «пустом» космосе. Обратный вопрос, который мучает исследователей: мы пытаемся измерить массу вселенной или наше понимание заполненности пространства?

Хендрик Хильдербрандт

Для взвешивания астрономических объектов космологи используют так называемый эффект гравитационного линзирования. Когда световые лучи, испускаемые галактикой, проходят массивные объекты на пути к Земле, они отклоняются силой тяжести этих объектов. Чем тяжелее объект, тем большее отклонение луча света. Поэтому галактика, свет которой отклоняется эффектом гравитационного линзирования, с Земли кажется расположенной в другом месте, чем на самом деле. Если бы исследователи могли измерить отклонение, они определили бы и вес самого объекта. Но есть немало препятствий.

Трудности в определении массы

Прежде всего, мы видим галактику только в ее смещенном местоположении. Мы действительно не знаем, где она на расположена, - убежден Хендрик Хильдебрандт. Кроме того, исходя из математических возможностей астрофизиков, мы должны a prori знать расстояния между светоизлучающей галактикой, отклоняющей массой и наблюдателем, чтобы рассчитать массу. Не измерить, а именно знать! Измерить не получается.

А поскольку мы видим только двумерное изображение неба, трудно оценить, насколько далеко находятся объекты вдоль линии обзора. Вселенная плоская. Как и Земля в древних мифологиях. То есть наши знания об окружающем нас мире находятся примерно на том же уровне, что и 2500-2700 лет назад — субначальном.

Тем не менее, исследователи разработали некоторые инструменты для решения указанных проблем. Они используют тот факт, что массивные объекты не отражают свет, однако создают видимые искажения. Изображение галактики выглядит так, как будто зрители смотрят кино сквозь ножку бокала.

Как измерить массу Вселенной?

Большинство искажений мы можем рассчитать; теоретически определяется отклонение от первоначальной формы галактики, но именно эта форма нам неизвестна. То есть все расчеты делаются в рамках одной математической модели или гипотезы. Не факт, что они также отображают реальность — наши представления о мире трудно верифицировать относительно исследуемой реальности.

В среднем по миллионам галактик

Как правило, измерение массы не делается для отдельных объектов. Однако есть некое усредненное представление, как в целом выглядит галактика. Поэтому рассчитывается сдвиг, отклонение от такого усредненного представления. Искажение касается десятков миллионов галактик, видимых на одном большом участке неба. На основании этих результатов физики восстанавливают отклонения света и, следовательно, массу отклоняющих объектов, - при условии, что заранее известны трехмерные расстояния объектов друг от друга.

Обзоррный телескоп в Чили

Но чтобы определить расстояние до объектов, необходимо «поиграться цветами» галактик. Давно известно, что свет от более далеких галактик смещается к красному спектру, когда он попадает на Землю. Таким образом, цвет галактики можно использовать для определения расстояния до исследуемого объекта. Космологи делают снимки галактик на разных длинах волн, например один на синем, другой на зеленом, третий на красном фоне, а также в инфракрасном диапазоне. Впоследствии они определяют соответствующую яркость галактики на полученных изображениях. Данный метод хорошо работает, когда сравниваются «картинки» с разных цветовых спектров.

На основе данных, собранных группой Хильдебрандта, были определены совокупное значение для плотности и тенденции к скоплению вещества во Вселенной.

Однако их анализ не дал однозначного ответа на поставленные выше вопросы: с уверенностью можно утверждать только то, есть диапазон значения, в который попадают плотность вещества и астрообразующие процессы.

Второй метод измерения плотности вещества

Однако ученые могут измерять массы галактик не только с помощью эффекта гравитационного линзирования, как это делала группа Хендрика Хильдебрандта, но и с помощью другого метода, основанного на космическом микроволновом фоне. Речь идет о микроволновом диапазоне, возникшем после Большого взрыва.

Микроволновый фон во Вселенной

Сегодня значения плотности вещества измеряют в нескольких исследовательских консорциумах, где используется эффект гравитационного линзирования, а также на основе данных консорциума Планка, работающего с микроволновым фоном.

Результаты по обоим методикам не совпадают. Очевидное расхождение между консорциумами Планка и Хильдебрандта объясняется двояко: либо ошибка в оценке (не измерении!) данных, либо «что-то не так» со Стандартной моделью, к которой есть уже давно накоплен массив весьма существенных претензий.

Ситуация дошла до того критического уровня,  в ход пошли альтернативные модели для интерпретации, - иначе свести данные обоих лабораторий не представляется возможным.

Стандартная модель на грани отторжения

В альтернативной модели космологическая постоянная Эйнштейна, которая описывает гравитацию, заменяется так называемой темной энергией - якобы силой, ответственной за ускоренное расширение Вселенной. И эта энергия меняется со временем. Иначе не пояснить расхождения в данных. Кроме того, если космический микроволновый фон происходит от Большого взрыва, тогда эффект гравитационного линзирования характерен для более старой Вселенной, с уже изменившейся темной энергией.

По словам Хильдебрандта, пока еще рано отказываться от Стандартной модели. Статистически существует приблизительно однапроцентная вероятность того, что набор данных обследования совпадет с данными Планка. Однако других методов оценки массы Вселенной у ученых пока нет.

В любом случае, исследователям из Бохума либо придется смириться с неправильными данными, либо искать другую методологию. Сам физик не очень верит в ошибку измерения. Однако в то же время говорит о назревающей революции в космологии. По крайней мере, обобщенные данные получат в конце мая 2020 года.

Добавил:Всеволод Гордиенко Дата:2020-05-24 Раздел:Астрономия