«Гостья из будущего». Астрономия на QWERTY
Сюрпризы [музыка] продолжаются.
Привет, Кирилл Масленников, Пулковский астроном, ведущий научно-популярного канала. Ты примерно полгода назад выпустил ролик, где обозначил четыре с моей точки зрения главных загадки астрономии, которые сейчас волнуют всех.
Загадка ранней Вселенной, бродячие планеты, которые в огромном количестве оказываются существующими в космосе, то, что для объяснения наногель гравитационных волн примерно вдвое не хватает известной массы чёрных дыр, и приходящие неизвестно откуда частицы космических лучей невероятно большой энергии. Вот это четыре проблемы, и вот в одной из этих областей появился новый ослепительный сюрприз.
Самое, конечно, горячее с точки зрения из них самое главное - это проблема ранней Вселенной. Хочу напомнить, с тех пор как телескоп Джеймса Уэбба стал заглядывать настолько далеко, насколько никто ещё никогда не заглядывал, и тем самым настолько глубоко во времени, что мы начали видеть первые сотни миллионов лет существования Вселенной после гипотетического большого взрыва, вот с этих самых пор началась череда необъяснимых открытий.
Сначала, если помните, появились так называемые шесть невозможных галактик в ранней Вселенной. Обнаружены были галактики настолько большой массы, что было совершенно неясно, когда она успела накопиться, слишком мало времени прошло. Потом появились наблюдения галактик ранней Вселенной с очень высокой металличностью.
Мы все знаем, что тяжёлые элементы, то, что в астрофизике называют металлами, в том числе и кислород, и кремний, и магний, и углерод, образуются уже после того, как они сварились в топках ядерных реакторов звёзд, особенно массивных звёзд. Значит, в первых поколениях их быть не должно, и вот были зарегистрированы галактики, в которых металличность оказалась довольно высокой.
Наконец, это всё, что я сейчас сказал, это всё работаю февраля прошлого года, а уже летом нынешнего года, совсем недавно, я тоже об этом уже говорил, появились наблюдения необычно массивных квазаров в ранней Вселенной. А квазары ведь это сверхмассивные чёрные дыры. То есть получилось, что в ранней Вселенной ещё, к тому же, успели сформироваться сверхмассивные чёрные дыры массой в миллиарды солнечных масс, и тоже было непонятно, как это могло произойти за такое время.
К тому же я тоже делал об этом ролик. Оказалось, что сначала были чёрные дыры, и потом в них образовались галактики, а не наоборот. Не галактики порождали чёрные дыры, это ещё добавило интриги в эту ситуацию.
И вот новый сюрприз – это совсем недавняя работа. Открыта, но теперь уже это не Джеймс, между прочим, заметьте, теперь это уже неймс – знаменитый радиотелескоп Альма. В Чили на высоте 5000 метров. Это огромная антенная решётка из двенадцати антенн миллиметрового диапазона, пожалуй, самый крупный наземный инструмент современности.
Об этом тоже смотрите наши ролики, об этом я уже рассказывал. Так вот, радиотелескоп Альма наблюдал в ранней Вселенной галактику на Z больше семки, на Красном смещении больше семёрки. Что это значит? Мы об этом попозже чуть поговорим подробнее.
А пока скажу, что это означает примерно 600 миллионов лет после большого взрыва, то есть, в общем-то, полмиллиарда – очень короткое время. И вот на этом возрасте существует структурированная галактика, у которой прослеживается даже, может быть, спиральная структура и перемычка, как это бывает в современных галактиках, у которой наблюдается упорядоченное сечение.
Сейчас попробую объяснить, почему это так удивительно. Ну, прежде всего, эта галактика открыта в ходе выполнения программы, что можно перевести примерно так: "обзор объектов с яркими линиями в эпоху рео". Все, кто представляет, что такое рео, потому что мы все знаем, что эпоха реонизации – это самая-самая ранняя эпоха образования первых звёзд и галактик. Значит, в ней ищутся объекты с яркими линиями, а значит, с активным звездообразованием, ищутся объекты с сильным инфракрасным излучением пыли.
Из-за огромного красного смещения всё это уползает в миллиметровый диапазон, и тут-то это всё ловит антенна Альма и даёт нам изображение, восстановленное этих радиообъектов. То есть то, что вы видите – это, конечно, восстановленное изображение в радиодиапазоне, в миллиметровой субмикрон диапазоне.
Но посмотрите, как просто грандиозно работает Альма! Вот то, что вы сейчас видите, это примерно одна секунда дуги. То есть это примерно вдвое меньше обычного изображения звезды. Это крохотный участок неба, который реально в нормальный телескоп просто не разрешается.
А здесь мы видим площад, мы видим пятно, мы видим структуру в этом пятне. Конечно, эта структура очень такая отягощена ошибками и требует ещё улучшения, всё это. Но тем не менее, мы видим вот такое вот изображение.
В чём была идея? Ловить галактики с яркими линиями углерода и ионизованного кислорода, то, что как раз получается при активном звездообразовании. И что мы видим в миллиметровой области после красного смещения? Почему же это так удивительно?
А вы вспомните: на таких вот временах после большого взрыва у нас должны быть формирующиеся бесформенные хаотически устроенные, как говорят, "клампи", состоящие из отдельных световых пятен, хаотических пролак. Вместо этого мы имеем регулярную КТУ.
Имеем там измеренную массу порядка 10 миллиардов солнечных. Напомню вам, что масса нашей галактики всё-таки примерно 300 миллиардов солнечных. Но всё равно для такой ранней Вселенной это проэволюшн линий уже испытавших красное смещение.
Наблюдатели смогли увидеть, что половина этого изображения движется на них, то есть испытывает голубое смещение относительно вот этого нуль-пункта, который уже получился из-за большого красного смещения. А другая половина, наоборот, движется от них, то есть испытывает красное смещение. В результате получается совершенно очевидный ответ: галактика вращается, как и наша собственная галактика, как и все современные галактики современной Вселенной, которые мы наблюдаем.
То есть в ранней Вселенной впервые обнаружено упорядоченно вращающееся довольно крупномасштабная галактика, а вот автор этого замечательного открытия – Люси Рон из университета Лейдена в Голландии, руководитель группы, которая занималась этим исследованием.
Объяснить это всё действительно очень трудно или почти невозможно. Я бы на вашем месте не поверил ни одному моему объяснению. Одно из возможных решений загадки ранней Вселенной, загадки появления таких поздних объектов ранней Вселенной, это уже известно. Это идея о том, что существуют первичные чёрные дыры – чёрные дыры, которые каким-то образом образовались непосредственно в момент большого взрыва на самые первые секунды существования Вселенной.
Эту идею высказывали ещё Яков Рич, Зельдович, его ученик Игорь Ч. Новиков. В 1966 году в статье в астрономическом журнале в нашем Советском, а потом в 1975 году эту идею развил Хокинг и дал математическое обоснование этого момента.
То есть это довольно старая идея, вот сейчас она как бы переживает второе рождение. Потому что, может быть, она смогла бы объяснить существование таких вот, как бы, центров притяжения, которые катализируют возникновение отдельных необычных объектов, наряду с традиционными обычными объектами ранней Вселенной.
Всё равно остаётся вопрос: как эти первичные дыры образовались? Вместо того, чтобы уничтожая одну непонятную вещь, проблему сингулярности, мы получаем другую не менее непонятную: как сформировались первичные чёрные дыры?
И здесь есть самое фантастическое предположение. Упомяну хоть вот книгу Николая Михалевича Горка "Пульсирующая Вселенная", которая вышла из ДАСт Питер недавно. Там много интересного. Посмотрите в общем, много есть на этот счёт предположений, но окончательно пока всё равно непонятно, откуда эти первичные чёрные дыры берутся.
Я бы только хотел одну вещь заметить. Посмотрите, ведь вот тоже, как-то особенно, люди, которые читают обо всём этом в сети, не всегда обращают внимание. Вот на что: всё, о чём я рассказываю сейчас – это измерения, полученные буквально на пределе чувствительности существующих крупнейших астрономических приборов.
Телескоп Джеймс и Альма работают буквально на всех своих мощностях и получают, конечно, очень зашумленные, очень трудно интерпретируемые данные. В добавок к этому, я как раз говорил сегодня несколько раз о том, на каком красном смещении находятся эти галактики. Упоминал величину Z, то есть количество раз, в которое увеличивается длина волны от того, что объект движется с большой скоростью.
Получение зрения от нас. Но ведь вспомните зависимость между Z и расстоянием. Между Z и возрастом она ведь вовсе не линейная, она достаточно сложная. Вот вы сейчас видите на картинке, как они в общем и целом связаны.
Во-первых, эта величина модельная, то есть она зависит от того, какие исходные данные космологической модели мы принимаем: значение постоянной Хаббла, значение плотности тёмной энергии во Вселенной, значение плотности вещества во Вселенной – всё это входные параметры модели, которые могут меняться.
И в зависимости от того, какие мы параметры возьмём, изменится и оценка возраста, и расстояние. Обращаю ваше внимание на то, что пару лет назад в архиве появилась статья сотрудника АЦФИАН, астрокосмического института Академии Наук в Москве, Сергея Пилипенко – "Космологический калькулятор".
Вот там просто приводятся таблицы, по которым, задавая разные значения вот этих параметров, как я сказал, мы можем найти связь между Z и расстоянием. Но, как я уже сказал, эта связь неоднозначная, она модельно зависимая. И поэтому здесь могут быть ещё всякие неожиданности, связанные с коррекцией вот этих входных данных модели.
Многие по этому случаю рады были бы вообще расстаться с идеей большого взрыва. Мы уже говорили об этом – вообще покончить с этим таинственным моментом в нашей истории, который очень многим не даёт, как говорится, кушать и спокойно спать. Какой-то непонятный взрыв, когда в течение 10 минут 6 секунд из ничего получилось всё – никому не понятно, как это получилось.
И тем не менее, модель взрыва пока слишком многое объясняет, слишком много на неё завязано, чтобы мы могли так легко от неё отказаться. Попробуем ещё продержаться на ней и не сомневаюсь, что очень скоро появятся новые данные из ранней Вселенной, и мы обязательно Вам о них расскажем.
Не пропустите! До [музыка] свидания! H [музыка]