В поисках Вселенной
Нам известно не более пяти процентов материи во Вселенной - подавляющее большинство состоит из так называемой темной материи, которая до сих пор была совершенно загадочной. Но даже из знакомых атомов, протонов и нейтронов примерно половина спрятана в незнакомых местах. Так где же на самом деле находится наша Вселенная, как не в звездах и галактиках?
Иногда теория знает лучше, и практике приходится бороться, чтобы не отставать. Хотя никто не присутствовал при сотворении Вселенной в знаменитом Большом взрыве, благодаря стандартной космологической модели мы достаточно хорошо знаем, как наша Вселенная возникла из ничего около 13-15 миллиардов лет назад. Его состав также примерно известен: около семидесяти процентов составляет таинственная темная энергия, отталкивающая сила, которая гарантирует, что все снова не рухнет, и которую астрономы отчаянно ищут. Четверть состоит из темной материи, которая проявляет себя только через свою гравитацию и о которой наука также ничего больше не знает.
В итоге остаются жалкие пять процентов «обычной» материи, из которой состоят все галактики, звезды, планеты, скалы, а также мы, люди. Более пристальный взгляд на эти пять процентов показывает, что звезды, планеты и все остальное не могут быть всем. В сумме они составляют, может быть, три процента - где остальное обычное вещество?
Если она не в галактиках, она может прятаться где-то между ними. На самом деле, измерения в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах указывают на то, что в межгалактической среде расширяется разреженный газ, от одного до десяти миллионов раз тоньше, чем межзвездный газ внутри Млечного Пути. Из-за его огромных размеров все еще могла собраться огромная общая масса. Чего не хватает, так это доказательства того, сколько там газа.
Астрофизик Фабрицио Никастро из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и его коллеги успешно провели первое случайное измерение. В октябре 2002 г. и июле 2003 г. они использовали рентгеновский телескоп «Чандра», чтобы зафиксировать свет от галактики Маркарян 421 (Mkn 421), находящейся на расстоянии 400 миллионов световых лет. Они использовали необычайно яркую фазу этой переменной галактики, во время которой межгалактическая область между Mkn 421 и Млечным Путем освещалась квазирентгеновским образом..
На своем пути к Земле свет столкнулся с тонкими облаками газа на расстоянии 380 миллионов и 150 миллионов световых лет, которые никто раньше не наблюдал. Сильно ионизированные атомы кислорода, азота, углерода и неона с температурой около миллиона градусов по Цельсию поглощали определенные длины волн излучения, так что спектры, записанные с помощью Чандра, имели характерные линии. Если предположить, что измеренная плотность горячего газа является репрезентативной для всего межгалактического пространства, то, по словам Никастро и его команды, на самом деле он составляет недостающую материю.
Согласно теории, своей высокой температурой газ обязан ударным волнам от встроенных галактик. Если объект разрушается под действием собственной гравитации или если звезда взрывается сверхновой, они выбрасывают огромное количество энергии в окружающую среду и нагревают атомы. Поскольку они теперь потеряли почти все свои электроны, они практически прозрачны в видимом свете. Их можно отследить только в ультрафиолетовом и рентгеновском спектре, да и то требует особенно сильного фонового излучения. Поэтому зажигание Mkn 421 было уникальной возможностью. Измерения из других пространственных областей дают спектры, которые трудно использовать.
Количественная интерпретация данных все еще находится на шатком основании, но астрофизики могут заявить о важном успехе в своей игре в прятки с материей. Сейчас они нашли бы пять процентов нашей вселенной. Еще неизвестно, какие уловки они будут использовать, чтобы отследить оставшиеся 95 процентов.