Вселенная расширяется, и расширяется, как это было доказано 14 лет назад, со всё возрастающей скоростью. Это открытие, за которое в 2011 году Сол Перлмуттер, Брайан Шмидт и Адам Рисс получили Нобелевскую премию по физике, означает, что какое-то время назад над взаимным притяжением материи во Вселенной стала преобладать некая «тёмная энергия». Или это просто значит, что мы не понимаем, как в действительности работает гравитация. По сути, это вполне может быть одно и то же.
Так выглядит процесс составления трёхмерной звёздной карты: удалённые объекты наносят на единую цифровую карту с указанием расстояния до них и угловых размеров. (изображения Berkeley Lab.)

В ходу две основные гипотезы: а) тёмная энергия — космологическая константа, неизменная энергетическая плотность, равномерно заполняющая пространство, а значит, энергия вакуума больше нуля; б) либо она представляет собой некое поле, энергетическая плотность которого может меняться в пространстве и времени. Вопрос важный: некоторые утверждают, что 70% массы Вселенной приходится на эту самую тёмную энергию.

Выбор правильного ответа требует высокоточных измерений скорости расширения Вселенной, чтобы понять, как эта скорость изменяется со временем. Сейчас как раз получены первые результаты таких измерений, проведённых по проекту BOSS, спектроскопическому исследованию на базе барионной осцилляции (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey). BOSS, базирующийся на наблюдениях с целого ряда телескопов, измеряет красное смешение трёхмерного кластера наблюдаемых нами галактик, соседних с Млечным Путём. В качестве базы для вычислений используются вариации температуры реликтового излучения, которые показывают периодические изменения плотности материи ранней Вселенной. При этом исследователи использовали свет от 14 тысяч удалённых квазаров в качестве фоновой подсветки для межгалактического газа, расположенного между квазарами и Землёй. Вариации плотности этого газа отражают и вариации плотности далёких и очень древних (хотя наблюдаем мы их как раз молодыми) галактических кластеров.

Барионная акустическая осцилляция, используемая BOSS, измеряет угловой размер наблюдаемых на небосводе известных нам структур, а также места наибольшего скопления и, наоборот, разрежения иных галактик. Эти скопления и разрежения регулярно повторяются в пространстве (кластеры такого чередования и называются барионами), постольку расстояние до галактик методом барионной акустической осцилляции измеряется изменением углового размера: чем меньше видимый размер в угловых единицах, тем дальше от нас наблюдаемая галактика. Зная расстояние до далёкой галактики, мы можем определить её возраст, ибо нам известна скорость света. Сопоставление этих данных с красным смещением реликтового излучения показывает, насколько расширилась Вселенная за время, прошедшее после формирования этих удалённых галактик.

Первые результаты BOSS включают установление точных трёхмерных позиций 327 349 массивных галактик на 3 275 квадратных угловых градусах видимого неба, при этом наблюдения дошли до красного смещения в 0,7, до периода, удалённого от нас на 7 млрд лет. Именно в ходе них и было выявлено, что резкое ускорение разбегания галактик относится к периоду около 6 млрд лет назад. Измерения проводились, соответственно, до дистанции в 2 094 Мпк, плюс-минус 34 Мпк. Отметим, что речь идёт о наиболее точных измерениях, когда-либо проводившихся земными астрономами на столь огромных дистанциях.

Согласно полученным результатам, ключевым моментом в истории Вселенной стала точка во времени, отстоящая от нас на 6 млрд лет. Именно тогда разбегание материи, до того замедлившееся до минимальной величины в истории, начало увеличиваться: из-за расширения Вселенной и увеличения расстояния между материальными объектами гравитационное притяжение стало уступать отталкиванию, вызванному тёмной энергией.

Что же до разбегания энергии, то пока исследователи, и в частности Дэвид Шлегель из физического подразделения Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США), замечают, что на основе полученных на сегодня данных следует скорее говорить о космологической постоянной, а не о поле с изменяющейся интенсивностью. Однако, подчёркивают учёные, окончательные выводы делать пока рано: работа BOSS завершится лишь в 2014 году, тогда и наступит время собирать камни.

Подготовлено по материалам Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.