Одинаковый результат
8 января 1998 года произошла историческая пресс-конференция в отеле «Вашингтон Хилтон». На ней присутствовали четверо астрономов, представители четырех разных команд. Группу из Беркли представлял сам Сол Перлмуттер, группу Шмидта – Питер Гарнавич, также присутствовали Нета Бахколл, занимавшаяся скоплениями галактик, и Рут Дейли, изучавшая космические объекты путем исследования их электромагнитного излучения в диапазоне радиоволн и регистрацией космического радиоизлучения с помощью радиотелескопов. Несмотря на то, что они представляли разные и даже конкурирующие группы, все пришли к единому выводу: Вселенная будет расширяться вечно. На пресс-конференции Перлмуттер рассказал о результатах работы своей группы: открытии больше сорока сверхновых и, главное, доказательства действенности предложенного метода. Физическую науку стало возможно использовать для открытия больших тайн.
Затем Перлмуттер выступил на заседании Астрономического Общества, и там, в частности, было показано два возможных варианта судьбы Вселенной – без Большого взрыва и после него. Его группа представила все данные, собранные ими по более сорока сверхновым, добавив к уже имевшимся, и получалось, что да: Вселенная будет расширяться вечно, но чтобы вообще существовать, она не может состоять только из материи. Нужно что-то еще. Похоже, в космологии начиналась новая эра.
Спустя месяц в Калифорнии состоялась конференция, посвященная изучению скрытой массы во Вселенной, с докладами и сообщениями об открытии ускоренного расширения Вселенной выступили Герсон Голдхабер и Сол Перлмуттер, а затем Алексей Филиппенко, представивший результаты группы Шмидта.
Алексей (Алекс) Филиппенко – американский астрофизик, профессор астрономии Калифорнийского университета в Беркли, он занимается исследованиями сверхновых и активных галактик в оптических, ультрафиолетовых и ближних инфракрасных длинах волн. Интересны высказывания Филиппенко по поводу двух конкурирующих групп, «Сверхновые для космологии» под руководством Сола Перлмуттера, и группе поиска далеких сверхновых под руководством Брайана Шмидта. Филиппенко поработал в обеих, и мнению этого специалиста в области изучения сверхновых звезд можно доверять.
Вначале, с 1993 по 1996 год, он работал у Сола Перлмуттера, затем перешел к конкурентам. Причиной перехода стал дискомфорт в группе из Беркли – иерархическая структура. Группа Брайана Шмидта строилась по-другому, она состояла в основном из астрономов, а не физиков, и голос каждого из участников с большей вероятностью мог быть услышан и принят во внимание. Филиппенко и другие ученые говорили, что существование двух групп с точки зрения науки оказалось очень полезным – работа пошла быстрее, а результаты стали более тщательно тестироваться в поисках возможных ошибок. Можно долго спорить о том, какой метод организации научных исследований лучше, но факт остается фактом: обе группы пришли к основным результатам практически одновременно, и результаты практически совпали!
И участники проекта «Сверхновые для космологии», и группа Брайана Шмидта пришли к одинаковому заключению: плотность вещества Вселенной составляет примерно 0,3 (в долях критической плотности) и Вселенная расширяется с ускорением, ответственным за которое является космологическая постоянная.
Алекс Филиппенко, американский астрофизик и популяризатор науки, исследователь сверхновых и сверхмассивных черных дыр (род. в 1958)
Обе группы опубликовали подробные статьи со своими данными. Статья с описанием результатов группы Шмидта, которая стала называть себя High-z, была отправлена в печать в марте и опубликована в сентябре 1998 года. Члены группы Сола Перлмуттера немного припозднились, их обобщающая публикация вышла только летом 1999 года. Хотя, как я уже говорил, результаты были получены и публично представлены практически одновременно. В статье группы Перлмуттера представлялись данные по 42 сверхновым, у группы High-z – только по 16, однако их данные для этих звезд были более точными. Ученые получили данные независимо друг от друга – группы почти не пересекались по составу (за очень редкими исключениями), выборки далеких сверхновых типа Ia были разными (только две звезды оказались одними и теми же), анализ данных производился независимо и разными методами. Совпадение результатов двух групп заставило астрономическое сообщество серьезно воспринять их кажущийся фантастическим результат.
В результате наблюдений за сверхновыми и ускоряющейся Вселенной было высказано предположение о существовании темной энергии, что стало большим прорывом для науки в 1998 году. Это предположение о существовании некоей формы энергии, которую стали называть темная энергия, «расталкивающей» Вселенную и приводящей к изменению темпа ее расширения, стало простейшей интерпретацией наблюдений.
Как следовало из наблюдений, свойства этой субстанции получались очень странными. Во-первых, она не скучивается, то есть не собирается в обычные объекты типа галактик и их скоплений, и ее распределение в пространстве, похоже, близко к равномерному. Во-вторых, она заставляет Вселенную расширяться, то есть темная энергия, в отличие от обычной материи, создает не тяготение, а антитяготение, антигравитацию. В-третьих, плотность темной энергии по современным данным практически не зависит от времени (имеется в виду абсолютная плотность), а это кажется очень необычным. В-четвертых, в настоящую эпоху вклад темной энергии в полную плотность Вселенной является определяющим. Это не всегда было так – плотности обычной материи и темной материи, в отличие от темной энергии, зависят от времени, и в более ранние эпохи эволюции Вселенной относительный вклад темной энергии был меньше.
Что представляет собой темная энергия? Возможны разные варианты, но, по-видимому, самый простой и естественный – темная энергия представляет собой энергию вакуума.
Вакуум, вопреки бытовой точке зрения, это не просто пустота, а состояние с минимальной возможной энергией, и эта энергия совсем не обязательно должна быть равна нулю. Если из какого-то объема убрать все частицы и поля, то, согласно законам квантовой механики, на сверхмалых расстояниях в этом объеме будут непрерывно рождаться и исчезать так называемые виртуальные частицы. Энергия этих частиц и является энергией вакуума. Свойства вакуума близки к требуемым для темной энергии – его плотность не зависит от времени, она определяется физикой очень малых расстояний и времен, вакуум не скучивается и, согласно квантовой физике, его давление отрицательно, что и приводит к появлению эффекта антигравитации. Эти особенности вакуума привели к тому, что он часто рассматривается в качестве основного кандидата на темную энергию.
