Астрофизика начинающим: как понять Вселенную

Наблюдая определенные звезды и галактики, астрофизики могут измерить силу тяготения в различных частях космоса. Как правило, если гравитация сильная, где-то поблизости мы видим большой объект или несколько. Гравитационное воздействие гигантской звезды или черной дыры, например, будет просто огромным. А притяжение небольшого космического камня, летящего в космосе, конечно, поскромнее.

Но уже много лет астрофизики регистрируют невероятно сильные гравитационные поля без всяких признаков каких-либо видимых масс, достаточных для создания таких полей. Что-то должно там быть, что-то должно генерировать эту силу притяжения. Но мы ничего не видим. Что бы ни было, «оно» не взаимодействует со знакомым нам веществом или энергией. И вот уже почти сто лет мы ждем, чтобы кто-то рассказал нам, почему же бóльшая часть – около 85 % – гравитации, измеряемой нами во Вселенной, связана с каким-то видом материи, которую мы никак не можем зарегистрировать.

Мы в полной растерянности.

Это одна из главных загадок науки. Сегодня мы не ближе к ее разгадке, чем в 1937 году, когда «проблема скрытой массы» была впервые сформулирована. Тогда американский астрофизик швейцарского происхождения Фриц Цвикки исследовал движения галактик в огромной области пространства в созвездии Волосы Вероники, называемом «скоплением Кома» – «кома» по-латыни и значит «волосы». Это гигантское скопление галактик лежит очень далеко от Земли: луч света из скопления Кома тратит 300 миллионов лет, чтобы попасть в наши телескопы.

Издалека скопление Кома выглядит очень скученным: тысячи галактик обращаются по своим орбитам вокруг его центра, и наблюдателю кажется, что они роятся там, как пчелы вокруг улья.

Галактики удерживаются в этом скоплении силой тяготения – именно она не дает им разлететься в разные стороны. Цвикки измерил силу гравитационного поля внутри скопления, наблюдая движения нескольких десятков относящихся к нему галактик.

Что-то в этих измерениях было не так.

В этой группе галактик, называемой скоплением Кома, астрофизик Фриц Цвикки впервые обнаружил доказательства существования загадочной темной материи.

Сила тяготения оказалась слишком велика. Цвикки сложил массы всех галактик скопления, и все-таки, хотя Кома считается одним из самых больших и массивных галактических скоплений во Вселенной, этой суммарной массы не хватило, чтобы оправдать столь сильное тяготение. Чтобы все наблюдаемые галактики не разлетались, массы требовалось гораздо больше, чем ее получалось зафиксировать.

В скоплении должно было быть что-то еще.

Что-то, чего мы не видим.

Теперь вы понимаете, почему мы называем эти галактики спиральными? В галактике, которую вы видите на фото, может содержаться около триллиона звезд.

После Цвикки астрофизики открыли много других галактических скоплений, в которых происходило то же самое. «Скрытая масса» так и остается самой старой неразгаданной тайной в астрофизике.

Правда, в наше время этому неизвестному фактору дали новое название – темная материя.

Когда я был мальчиком, я жил в одном из двух стоявших рядом многоквартирных домов. Мой близкий друг и одноклассник по начальной школе обитал во втором доме. Он научил меня играть в шахматы, покер и в настольные игры «Риск» и «Монополия». Но, что было еще важнее, он показал мне, как пользоваться биноклем, наводить его на Луну и звезды. Потом я сменил бинокль на телескоп и стал наблюдать звезды уже не с крыши дома, а из обсерваторий, расположенных в пустыне или посреди моря. Я полюбил великолепные космические картины, рассыпанные по ночному небу.

Но астрофизик должен думать не только о том, что мы видим. Он занимается и тем, чего мы не видим.

Фриц Цвикки нашел свидетельство присутствия невидимой материи в скоплениях или группах галактик. Спустя много лет, в 1976 году, Вера Рубин, астрофизик из Института естественных наук Карнеги в Вашингтоне, обнаружила скрытую массу и в самих галактиках. Она исследовала спиральные галактики – плоские, дискообразные скопления звезд с яркой сферической выпуклостью в центре и несколькими простирающимися во все стороны спиральными ветвями, полными звезд. Рубин проследила скорости движения этих звезд вокруг центров галактик.

Поначалу она увидела именно то, чего и ожидала. Звезды, более далекие от центра галактики, крепко удерживаемые силой тяготения, обращались вокруг него быстрее, чем те, что были ближе к нему.