Статья продается только в составе журнала

Почти столетие назад Эдвин Хаббл обнаружил, что наша Вселенная расширяется: почти все галактики разлетаются в разные стороны от Млечного пути, и чем дальше галактики, тем быстрее они удаляются от нас. В 1998 г. это эпохальное открытие обрело не менее важное продолжение: оказалось, что Вселенная расширяется с ускорением. Большую часть XX в. ученые полагали, что гравитация — доминирующая сила на космологических масштабах, что именно она управляет эволюцией Вселенной.

С течением времени гравитационные силы должны были бы притягивать галактики друг к другу, тормозя расширение. Однако две группы астрономов, изучавших сверхновые (взрывающиеся звезды, которые служат «верстовыми столбами» при измерении космологических расстояний), независимо установили, что рост Вселенной происходит с ускорением. Это выдающееся открытие, будучи подтвержденным и другими исследователями, было удостоено Нобелевской премии по физике за 2011 г. Итак, надежно установлено, что Вселенная ускоренно расширяется. Но почему так происходит? Ответ на этот вопрос — фундаментальная и до сих пор не разгаданная тайна современной науки.

Для объяснения феномена ускоренного расширения космологи предложили две разные идеи, каждая из которых приводит к переосмысливанию наших представлений о законах природы. Первая идея заключается в предположении о том, что теория гравитации более сложна, чем полагали как Исаак Ньютон, так и Альберт Эйнштейн. На Земле и в Солнечной системе гравитация действует, безусловно, как сила притяжения. Однако, возможно, на сверхбольших межгалактических расстояниях она становится силой отталкивания. Быть может, необходима модификация классической гравитационной теории для космологических масштабов.

Вторая идея исходит из того, что наша Вселенная заполнена субстанцией какого-то неизвестного типа, называемой «темная энергия». Эта необычная субстанция противодействует силам гравитационного притяжения, генерируя силы отталкивания. Согласно наблюдательным данным, темная энергия (если она существует) в настоящее время составляет около 70% энергии всей Вселенной (энергии или массы, поскольку из уравнения Эйнштейна E = mc2 следует эквивалентность этих величин). Говоря о полной энергии Вселенной, нужно отметить вклады и других типов вещества. Темная материя (которая в отличие от темной энергии в своем отношении к гравитационным взаимодействиям представляет собой обычное, хотя и не видимое телескопами вещество) составляет около 25%. Привычная материя (так называемая барионная), из которой состоят атомы, звезды, планеты, люди, дает вклад всего 5%. Концепция темной энергии более популярна, чем гипотеза об изменении закона гравитации, потому что способна объяснить образование галактик и крупномасштабной структуры Вселенной и согласуется со всеми имеющимися наблюдательными данными.

Но как можно выяснить наверняка, ответственна ли темная энергия за ускоренное расширение Вселенной? А если все-таки причина в ней, то какова природа этой субстанции? Недавно начал работу проект под названием «Темная энергия», предназначенный прояснить детали эволюции Вселенной.

В результате проекта планируется дать тщательное описание космологического расширения за 14 млрд лет, с беспрецедентной точностью исследовать скорость роста крупномасштабной структуры — огромных конгломератов галактик, распределенных по всей Вселенной. Исследование, как надеются, позволит объяснить законы и тенденции расширения Вселенной.

Автор этой статьи со своими коллегами из Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми и из Чикагского университета, а также 300 других физиков и астрономов из 25 институтов США, Испании, Великобритании, Бразилии, Германии и Швейцарии составляют команду проекта «Темная энергия». Ведется совместная работа по конструированию и сборке оборудования, а также по получению и анализу наблюдательных данных.

В 2012 г. этот прибор был установлен на телескопе диаметром 4 м Межамериканской обсерватории Серро-Тололо, расположенной высоко в Андах на севере Чили. Он получил свои первые снимки ночного неба в сентябре того же года и продолжил работу над разными задачами в следующие месяцы. 31 августа 2013 г. камера «Темная энергия» официально начала работу над участком южного неба. Текущий год — уже третий сезон работы проекта. Каждый год с августа по февраль на протяжении пяти лет будет создаваться карта глубоких снимков одной восьмой части всего неба. Карта будет содержать около 200 млн галактик с высоким угловым разрешением. В результате работы проекта будет также создан каталог ярких вспышек звезд, которые могут быть использованы для изучения расширения Вселенной. К настоящему моменту собрано огромное количество данных, анализ которых уже ведется.

Подробнее читайте на страницах журнала "В мире науки" №1-2_2016