меню содержание news165 news166 news167
"Космологическая константа" Эйнштейна не была ошибкой?
|
Новые исследования международной команды астрономов Supernova Legacy Survey ( SNLS) показыва-
ют, что Эйнштейн, вероятно, зря исключил "космологическую константу" из своей Общей теории от-
носительности. Как выяснили участники команды SNLS, включающей астрономов из Франции, Кана-
ды, Великобритании и США, пресловутая "тёмная энергия", сила, способствующая ускоренному рас-
ширению Вселенной, ведёт себя практически точно так же, как и космологическая константа Эйнш-
тейна. Первые результаты масштабного исследования далеких сверхновых звезд ( SNLS) показывают,
что ускоренное расширение Вселенной в первом приближении неплохо описывается космологичес-
кой постоянной в уравнении Эйнштейна, введение которой сам ученый называл своей "величайшей
ошибкой".
О том, что Вселенная расширяется, мы знаем из теоретических выкладок Александра Фридмана и на-
блюдений Эдвина Хаббла. Фридман в 1922-24 годах предложил модель нестационарной Вселенной,
основываясь на решении уравнений общей теории относительности Эйнштейна, а Хаббл в 1929 году
обнаружил, что галактики удаляются от нас тем быстрее, чем дальше они находятся (закон Хаббла), то
есть наблюдаемая Вселенная расширяется.
Предсказать нестационарность Вселенной вполне мог сам Эйнштейн. Собственно, он обнаружил в
1917 году, что его уравнения, будучи применены ко всей Вселенной в целом, предсказывают, что она
должна сжиматься за счет самогравитации материи и энергии. Однако идея эволюционирующей Все-
ленной шла настолько вразрез с представлениями того времени, что Эйнштейн отбросил ее и ввел в
свои уравнения специальный параметр, компенсирующий тяготение в космологических масштабах и
обеспечивающий стационарность Вселенной. Этот параметр, получивший название космологической
постоянной, проявлялся как очень слабое отталкивание любых двух масс, растущее с расстоянием.
Позднее, когда факт расширения Вселенной стал общепризнанным, Эйнштейн говорил, что введение
в уравнения общей теории относительности космологической постоянной было самой большой ошиб-
кой в его жизни, поскольку не позволило ему предсказать нестационарность Вселенной.
Долгое время космологическую постоянную игнорировали, считая просто забавным казусом и при-
равнивая к нулю. В этом случае расширение Вселенной, продолжающееся "по инерции" с момента
Большого взрыва, должно постепенно замедляться за счет гравитации. Классическим стало обсужде-
ние, сумеет ли тяготение остановить и повернуть вспять расширение Вселенной или плотности мате-
рии для этого не хватит.
Альберт Эйнштейн (1879-1955) Сол Перлмуттер (Университет Калифорнии)
И вот в 1998 году неожиданно появляются наблюдения, которые убедительно показывают, что Все-
ленная расширяется не с замедлением, а с ускорением! Первоначально вывод об ускоренном расшире-
нии Вселенной был сделан из анализа излучения далеких сверхновых звезд типа Ia. Светимость этих
сверхновых звезд в максимуме блеска примерно одинакова и очень велика. Поэтому их можно исполь-
зовать для оценки расстояния до далеких галактик. Группа под руководством Сола Перлмуттера ( Saul
Perlmutter) обнаружила, что далекие сверхновые выглядят немного слабее, чем должны в случае, если
космологическая постоянная равна нулю.
Естественно, это сенсационное открытие стали тщательно проверять и уточнять. Ускорение расшире-
ния Вселенной при этом уверенно подтверждалось. Но вместе с тем начали обнаруживаться страннос-
ти. Стало складываться впечатление, что характер этого ускорения не остается постоянным во време-
ни. А такое меняющееся ускорение уже нельзя объяснить введением космологической постоянной в
уравнение Эйнштейна, поскольку она перестает быть постоянной и становится функцией времени.
Оставайся космологическая антигравитация во Вселенной постоянной, можно было бы просто ввести
в уравнения ненулевую космологическую постоянную, а ее конкретное значение признать наблюдае-
мым фактом. Но переменность этой величины во времени требовала какой-то физической модели,
объясняющей природу сил отталкивания. Именно с этого момента стали всё меньше говорить о космо-
логической постоянной и всё больше о некой темной энергии или квинтеэссенции, которая заполняет
все пространство Вселенной и, расширяясь вместе с ней, меняет свойства, а вместе с ними и силу от-
талкивания. Смысл этой конструкции был в том, чтобы дать какое-то физическое объяснение тому,
что космологическая антигравитация меняется во времени.
К сожалению, теоретические модели темной энергии очень трудно проверить экспериментально. Но
астрономов-наблюдателей трудности теоретиков смущают в последнюю очередь. Крупный междуна-
родный проект Supernovae Legacy Survey ( SNLS), стартовавший в 2003 году, ставит своей целью соб-
рать детальную информацию об особенностях расширения Вселенной. Достичь этого планируется за
счет открытия в течение 5 лет около 700 далеких сверхновых звезд.
Вспышки сверхновых - редкие события. В такой относительно крупной галактике, как наша, сверхно-
вые вспыхивают в среднем раз в сто лет. Чтобы обнаружить сотни далеких, а значит слабых, сверхно-
вых, во Франции разработали специальную цифровую камеру MegaCam с разрешением 384 мегапиксе-
ля. Ее установили на Канадско-Франко-Гавайском телескопе ( CFHT) диаметром 3,6 метра, который
располагается на горе Мауна-Кеа на Гавайях. Эта уникальная система сочетает высокую чувствитель-
ность с чрезвычайно большим для такого инструмента полем зрения - около 0,8 квадратного градуса
( четыре площади полной Луны ). Благодаря очень широкому полю зрения камеры MegaCam, с её по-
мощью удаётся измерять показатели сразу несколько останков сверхновых одновременно, - а именно
наблюдения за сверхновыми и являются главным путём изучения "тёмной энергии". Собственно, на-
блюдения определённого типа сверхновых в 1990-ые годы и заставили учёных предположить само
существование "тёмной энергии".
За пять лет по программе SNLS планируется отработать около 500 наблюдательных ночей. Обнару-
женные в ходе работы сверхновые дополнительно изучаются на крупнейших оптических инструмен-
тах мира - 10-метровых телескопах Кека, а также 8-метровых Джемини и VLT - для проверки по
спектру, принадлежат ли они к типу Ia. Понятно, что все астрофизики с нетерпением ждут результатов
этого масштабного проекта, который может поставить крест на одних моделях темной энергии, а дру-
гим, наоборот, дать надежду на удачу.
Сверхновая SNLS-03D4ag вспыхнула 3 миллиарда лет назад. Ее светимость в 100 миллиардов раз
больше солнечной, однако ее видимый блеск (22m) в 25 тысяч раз меньше, чем у яркой голубой звезды
(11m) в левой части снимка. В свою очередь, эта звезда в 100 раз слабее самых слабых звезд, различи-
мых невооруженным глазом ( 6m).
Иллюстрация с сайта www.cfht.hawaii.edu ( CFHTLS/SNLS/Terapix )
И вот на днях в журнал Astronomy & Astrophisics опубликовал статью с первыми промежуточными ито-
гами проекта SNLS. Статья суммирует результаты, полученные за первый год осуществления проекта.
Всего за это время была обнаружена и изучена 71 сверхновая звезда на расстояниях от 2 до 8 миллиар-
дов световых лет.
Главным и весьма неожиданным выводом этой работы является то, что, по всей видимости, ускоре-
ние расширения Вселенной на всем этом отрезке времени остается постоянным. Иными словами, по-
лученные данные согласуются с представлением о фиксированном значении космологической посто-
янной в течение всего этого периода. Как говорится в пресс-релизе Калифорнийского технологическо-
го института (California Institute of Technology), "эффект темной энергии, ускоряющей расширение Вселен-
ной, с погрешностью не более 10% согласуется с представлением о знаменитой космологической пос-
тоянной Эйнштейна".
Таким образом, новые результаты могут неожиданно закрыть вопрос о природе темной энергии, вер-
нув космологов к вопросу об определении значения космологической постоянной. Если это случится,
то "величайшая ошибка Эйнштейна" может в третий раз обрести полноценные права гражданства в
космологии. Но, конечно, чтобы говорить об этом уверенно, нужно дождаться окончательных резуль-
татов обзора SNLS, которые в 2-3 раза повысят точность полученных на сегодня оценок.
ссылки:
elementy.ru/news/165001 - 25.11.05 Александр Сергеев
science.compulenta.ru/240295
по теме:
Тёмная Вселенная и лямбда-член Эйнштейна - "Всякая всячина"
Первые результаты наблюдений на интерферометре VLTI с прибором AMBER
|
Работа с инструментом AMBER. Фото с сайта www.mpifr-bonn.mpg.de
Появились первые отчеты об использовании установленного недавно на телескопе -интерферометре
VLTI (Very Large Telescope Interferometer, Паранал) Южной европейской обсерватории (ESO) инструмен-
та под названием AMBER (Astronomical Multi-BEam combineR - Астрономический многолучевой объеди-
нитель, работающий в инфракрасном диапазоне ). "Amber" по-английски значит - "янтарь", "амбра", а в
фантастическом цикле Роджера Желязны "Хроники Амбера", первый роман которого у нас выходил
также под названием "Девять принцев в Янтаре" ("Nine princes in Amber"), Амбером звалось место маги-
ческого сосредоточения мирового порядка, порождающего многочисленные тени-миры, в которых мы
и обитаем.
AMBER способен объединить свет от двух или даже трех 8,2-метровых связанных телескопов, состав-
ляющих таким образом как бы единый 40-90-метровый телескоп. Все это привело к тому, что две меж-
дународные астрономические группы смогли провести наблюдения окрестностей двух звезд с поисти-
не беспрецедентной детализацией. В первом случае речь идет о молодой, еще не до конца сформиро-
вавшейся звезде MWC 297, и новые результаты несут важную информацию относительно условий, не-
обходимых для появления у таких звезд планет. Во втором случае, напротив, фигурирует звезда CPD
-57°2874, находящаяся на заключительной стадии своей эволюции. И в том, и в другом случае астро-
номам удалось найти убедительные доказательства присутствия окружающего звезду газопылевого
диска. Если время звезд сравнить с периодом жизни обычного человека, то сейчас наше Солнце толь-
ко "разменяло" свой "сороковник", в то время как звезда MWC 297 еще похожа на новорожденное дитя,
которому лишь 1-3 дня от силы, ну а "пожилому" сверхгиганту CPD -57°2874 по его собственным "вну-
тренним часам" уже почти 80 лет.
Изображение самых близких окрестностей молодой звезды MWC 297, исполненное художником.
Внизу приведены относительные размеры орбит планет Солнечной системы
ESO PR Photo 36a/05 ( 24 ноября 2005г )
Первая группа астрономов, возглавляемая Фабьеном Мальбе ( Fabien Malbet) из французской Астрофи-
зической лаборатории Гренобля (Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble - LAOG), изучила молодой звез-
дный объект MWC 297 массой в 10 солнечных масс, который все еще находится на очень ранней ста-
дии своего развития.
"Это крупное научное достижение позволит проводить особенно детальные исследования ближайших
окрестностей молодых звезд и принесет нам неоценимое знание относительно того, как формируются
планеты", - говорит Ф. Мальбе.
Удивительно, какое количество деталей смогли разглядеть астрономы, если учесть, что объект наблю-
дался с расстояния свыше 800 световых лет и был при этом скрыт большими объемами газа и пыли
( сквозь которые с трудом пробивается видимый свет, но легко проникает инфракрасное излучение ).
Удалось выявить протопланетный диск, растянувшийся приблизительно до размеров нашей Солнеч-
ной системы, однако в своей внутренней части "чисто выметенный" примерно до половины интерва-
ла между Землей и Солнцем ( 0,5 астрономической единицы). Кроме того, ученые рассмотрели цент-
ральный объект, окруженный истекающим звездным ветром, скорость которого постепенно увеличи-
вается в 9 раз: от ~ 70 километров в секунду ближе к плоскости пылевого диска до 600 километров в
секунду в приполярных областях.
"Причина, по которой внутренняя часть диска оказывается вырезанной, пока не ясна, - добавляет Маль-
бе. - Это порождает новые вопросы в физике окружающей среды молодых звезд промежуточной массы.
Наши результаты стали возможны лишь благодаря таким спектральным и пространственным разреше-
ниям, которые обеспечивает AMBER. Другого такого прибора пока в мире нет".
Теперь астрономы планируют провести наблюдения с использованием AMBER на трех телескопах,
чтобы измерить отклонения в симметричности распределения материала вокруг MWC 297.
Так художник представляет себе сверхгиганта CPD -57°2874. Изображение сайта www.eso.org
Другой международной астрономической группе ( в нее входили и российские ученые ) с помощью
AMBER удалось впервые объединить свет от трех 8,2-метровых связанных между собой телескопов
VLT, получив принципиально новую информацию относительно среды, окружающей звезду CPD
-57°2874 - сверхгиганта спектрального класса B ( точнее говоря, B[e], это горячие голубые гиганты с
эмиссионными линиями в спектре, возникающими из-за экваториального истечения ), что находится
на последней стадии своей эволюции. Эта сверхгигантская звезда, которая светит ярче нашего Солнца
приблизительно в 10 000 раз, расположена в 10 раз дальше, чем MCW 297, то есть на расстоянии свы-
ше 8 000 световых лет от нас.
Астрономы провели данные наблюдения, чтобы получить ответы на критически важные вопросы от-
носительно происхождения, геометрии и физической структуры оболочки, окружающей эту звезду.
Удалось разглядеть структуры, протяженность которых составляет всего лишь 0,0018 арксекунды, что
эквивалентно различению двух фар автомобиля на расстоянии около 230 тысяч километров, т.е. нем-
ногим меньше, чем 2/3 среднего расстояния от Земли до Луны ( человеческий глаз может различать
объекты, разделенные не менее чем на 50 угловых секунд ).
Армандо Домициано де Суза ( Armando Domiciano de Souza ) с Радиоастрономического отделения гер-
манского Института имени Макса Планка в Бонне (Max-Planck-Institut fur Radioastronomie) и его коллеги
к тому же воспользовались прибором MIDI ( mid-infrared 8-13 микрометров ) на VLTI, также объединя-
ющем усилия двух телескопов-модулей. Используя полный набор данных, они выявили околозвездную
оболочку вокруг сверхгиганта. Ее форма оказалась несферичной, по всей вероятности потому, что
звезда также окружена экваториальным диском, состоящим из горячей пыли, к тому же для нее харак-
терны мощные полярные звездные ветры.
"Эти наблюдения действительно открывают двери в новую эру понимания всего комплекса столь ин-
тригующих явлений", - говорит Домициано де Суза.
Результаты подробно описаны в двух статьях в журнале "Astronomy and Astrophysics" (A&A), и доступ-
ны в формате PDF на вебсайте издателя:
"Disk and wind interaction in the young stellar object MWC297 spatially resolved with VLTI/AMBER"
"VLTI/AMBER and VLTI/MIDI spectro-interferometric observations of the B[e] supergiant CPD-57 2874"
Astronomy & Astrophysics - Press releases
Источник:
Sharp Vision Reveals Intimacy of Stars. AMBER instrument on VLTI Probes Environment of Stars -
ESO Press Release
Blick auf die innerste Umgebung von Sternen - der Stoff, aus dem Planeten entstehen - MPIfR Pressemitteilung
Ссылки:
Звездные принцы в Янтаре
Первое наблюдение VLTI как интерферометра
AMBER scrutinizes the environment of stars
По теме:
Скрытые миры выдаст поляризация света, отраженного от атмосферы
Звездные младенцы украшают детскую
