Темная энергия
Фриц Цвикки, прославившийся открытием темной материи, известен также исследованиями взрывов сверхновых. В 1998 году в ходе самого масштабного исследования сигнатур яркости взрывающихся сверхновых открылась еще одна темная правда.
В конце XX века на все, что мы знали о пространстве и материи, легла зловещая тень. На протяжении 70 лет ученые знали лишь то, что Вселенная с момента Большого взрыва расширяется и, очевидно, это расширение должно замедляться за счет сил гравитации. Оставался вопрос: достаточно ли во Вселенной материи (включая темную), чтобы остановить расширение? Либо Вселенная слишком огромна, чтобы силы гравитации могли противостоять ей?
Наблюдение за темной материей
Темная материя была и остается загадкой. Поскольку силы гравитации пропорциональны массе, астрономы могут измерить, с каким темпом гравитация замедляет расширение Вселенной, чтобы оценить возможную массу темной материи. Исследования астрофизики начали с наблюдения сверхновых типа 1a.
Сверхновыми называют взрывы, которые происходят внутри звезд определенных размеров и массы. Они всегда намного тяжелее нашего Солнца. Именно на стадии 1a (ее определяют по сильным линиям ионизированного кремния) сверхновая достигает этой массы и переживает термоядерный взрыв. Формируются такие звезды из двойных систем, куда входят обычная звезда и белый карлик (компактные «остатки» звезд, лишенные собственных источников термоядерной энергии). Вещество с обычной звезды, которая всегда крупнее, привлекается более тяжелым белым карликом, пока его масса не достигнет предела Чандрасекара.
После происходят гравитационный коллапс и вспышка сверхновой. Сверхновые категории 1а обладают одинаковой максимальной светимостью из-за однородной массы белых карликов, которые взрываются по механизму перетекания материи, или аккреции. Такие звезды используются как стандартные измерители («стандартные свечи») расстояния до галактик, где находятся, поскольку визуальная звездная величина сверхновых зависит прежде всего от расстояния. Красное смещение света этих звезд показывает, с какой скоростью они удаляются от нас, и отчасти указывают на расстояние, поскольку теория предсказывает, что более удаленные объекты (свет от которых более «старый») имеют большее значение красного смещения по сравнению с более близкими объектами и их «молодым» светом. Так можно рассчитать влияние гравитации на скорость расширения Вселенной.
Исследования выявили немало удивительного. Темпы расширения Вселенной не только не замедляются, но даже ускоряются! Поэтому предположили существование иной, совершенно неизвестной силы, которая способна расталкивать материю. Хотя эту силу назвали темной энергией, физики до сих пор не уверены в ее существовании. Дело в том, что она равномерно наполняет Вселенную и начинает проявлять себя лишь на огромных масштабах пространства-времени, которое представляется нам в иных отношениях пустым. Более того, темная энергия становится больше по мере того, как Вселенная расширяется, и через много миллиардов лет она возрастет настолько, что будет разделять атомы на «бульон» из субатомных частиц.