Найбільша помилка - не помилка?

Перші результати масштабного дослідження далеких наднових зірок показують, що прискорене розширення Всесвіту в першому наближенні непогано описується космологічною постійною в рівнянні Ейнштейна, введення якої сам учений називав своєю «найбільшою помилкою».

Розширення

Про те, що Всесвіт розширюється, ми знаємо з теоретичних викладів Александра Фрідмана і спостережень Едвіна Хаббла. Фрідман у 1922-24 роках запропонував модель нестаціонарного Всесвіту, ґрунтуючись на рішенні рівнянь загальної теорії відносності Ейнштейна, а Хаббл у 1929 році виявив, що галактики віддаляються від нас тим швидше, чим далі вони знаходяться (закон Хаббла), тобто спостережуваний Всесвіт розширюється.

Передбачити нестаціонарність Всесвіту цілком міг сам Ейнштейн. Власне, він виявив в 1917 році, що його рівняння, будучи застосовані до всього Всесвіту в цілому, передбачають, що він повинен стискуватися за рахунок самогравітації матерії та енергії. Проте ідея еволюціонуючого Всесвіту настільки йшла врозріз з уявленнями того часу, що Ейнштейн відкинув її і ввів у свої рівняння спеціальний параметр, який компенсував тяжіння в космологічних масштабах і забезпечив стацiонарнiсть Всесвіту. Цей параметр, що отримав назву космологічної постійної, проявлявся як дуже слабке відштовхування будь-яких двох мас, зростаюче з відстанню.

Пізніше, коли факт розширення Всесвіту став загальновизнаним, Ейнштейн говорив, що введення в рівняння загальної теорії відносності космологічної постійної було найбільшою помилкою в його житті, оскільки не дозволило йому передбачити нестаціонарність Всесвіту.

Довгий час космологічну постійну ігнорували, вважаючи просто кумедним казусом і прирівнюючи її до нуля. У цьому випадку розширення Всесвіту, що продовжується «за інерцією» з моменту Великого вибуху, має поступово сповільнюватися за рахунок гравітації. Класичним стало обговорення, чи зуміє тяжіння зупинити і повернути назад розширення Всесвіту чи густини матерії для цього не вистачить.

Прискорення

І ось в 1998 році несподівано з'являються спостереження, які переконливо показують, що Всесвіт розширюється не з уповільненням, а з прискоренням! Спочатку висновок про прискорене розширення Всесвіту був зроблений з аналізу випромінювання далеких наднових зірок типу Ia. Світність цих наднових зірок у максимумі блиску приблизно однакова і дуже велика. Тому їх можна використовувати для оцінки відстані до далеких галактик. Група під керівництвом Сола Перлмуттера (Saul Perlmutter) виявила, що далекі наднові зірки виглядають трохи слабше, ніж повинні у разі, якщо космологічна постійна дорівнює нулю.

Природно, це сенсаційне відкриття стали ретельно перевіряти та уточнювати. Прискорення розширення Всесвіту при цьому впевнено підтверджувалося. Але разом з тим почали виявлятися дивацтва. Стало складатися враження, що характер цього прискорення не залишається постійним у часі. А таке змінне прискорення вже не можна пояснити введенням космологічної постійної в рівняння Ейнштейна, оскільки вона перестає бути постійною і стає функцією часу.

Якби космологічна антигравітація залишалася у Всесвіті постійною, можна було б просто ввести в рівняння ненульову космологічну постійну, а її конкретне значення визнати спостережуваним фактом. Але змінність цієї величини в часі вимагала якоїсь фізичної моделі, що пояснює природу сил відштовхування. Саме з цього моменту стали все менше говорити про космологічну постійну і все більше про якусь темну енергію або квінтесенцію, яка заповнює весь простір Всесвіту і, розширюючись разом з нею, змінює властивості, а разом з ними і силу відштовхування. Сенс цієї конструкції був у тому, щоб дати якесь фізичне пояснення тому, що космологічна антигравітація змінюється в часі.

На жаль, теоретичні моделі темної енергії дуже важко перевірити експериментально. Але астрономів-спостерігачів труднощі теоретиків бентежать в останню чергу.

Наднові

Спалахи наднових - рідкісні події. У такій відносно великій галактиці, як наша, наднові спалахують в середньому раз на сто років. Щоб виявити сотні далеких, а значить слабких, найновіших, у Франції розробили спеціальну цифрову камеру з роздільною здатністю 384 MegaCam мегапікселі. Її встановили на Канадсько-Франко-Гавайському телескопі (CFHT) діаметром 3,6 метра, який розташовується на горі Мауна-Кеа на Гаваях. Ця унікальна система поєднує високу чутливість з надзвичайно великим для такого інструменту полем зору - близько 0,8 квадратного градуса (чотири площі повного Місяця).

Виявлені в ході роботи наднові додатково вивчаються на найбільших оптичних інструментах світу - 10-метрових телескопах Кека, а також 8-метрових Джеміні і VLT - для перевірки за спектром, чи належать вони до типу Ia.

В журнал Astronomy & Astrophisics опубліковану статтю з проміжними підсумками проекту SNLS. Стаття підсумовує результати, отримані за перший рік здійснення проекту. Всього за цей час була виявлена і вивчена 71 наднова зірка на відстанях від 2 до 8 мільярдів світлових років.

Головним і дуже несподіваним висновком цієї роботи є те, що прискорення розширення Всесвіту на всьому цьому відрізку часу залишається постійним. Іншими словами, отримані дані узгоджуються з поданням про фіксоване значенні космологічної постійної протягом всього цього періоду. Як говориться в прес-релізі Каліфорнійського технологічного інституту (California Institute of Technology), «ефект темної енергії, що прискорює розширення Всесвіту, з похибкою не більше 10% узгоджується з уявленням про знамениту космологічну постійну Ейнштейна».

Таким чином, нові результати можуть несподівано закрити питання про природу темної енергії, повернувши космологів до питання про визначення значення космологічної постійної. Якщо це станеться, то «найбільша помилка Ейнштейна» може втретє отримати повноцінні права громадянства в космології.