А. Барбараш

Вид материала

Документы

Содержание 4.5.2. Загадки астрофизики Взрывная природа Наивысшей активностью обладают квазары. Отмечались изменения блеска вдвое

Подобный материал:

• А. Барбараш, 962.67kb.
• А. Барбараш, 603.56kb.
• А. Барбараш, 330.49kb.
• А. Барбараш, 648.45kb.
• А. Барбараш, 847.29kb.
• А. Барбараш, 488kb.
• А. Барбараш, 618.74kb.
• А. Барбараш, 413.91kb.
• А. Барбараш, 457.34kb.

4.5.2. Загадки астрофизики

Кто не слышал об архитектурной жемчужине Индии, усыпальнице Тадж-Махал?! Вообразите, что ради объяснения загадки её уникальной красоты, некий учёный-востоковед, наслышанный о чудесах индусских фокусников, выдвинул гипотезу, будто Тадж-Махал никто не строил. Просто, в 1652-м году на это место пришёл босоногий факир, взмахнул палочкой, и за 10^–35 секунды, вместо рощи, из Ничего возник 74-метровый беломраморный мавзолей с куполами, мозаикой из цветных камней, минаретами и чудесным садом.

Вероятно, ни один здравомыслящий человек не поддержал бы такого востоковеда. Но то, что невозможно для мраморных дворцов и других „малых форм”, почему-то оказалось возможным в космологии! Первой и наибольшей загадкой сегодняшней космологии является господство в умах учёных как раз такого сказочного способа объяснения существования Вселенной. Хотя наука не знает примеров возникновения из Ничего хотя бы камня или травинки, многие астрофизики вполне серьёзно воспринимают гипотезу о Большом Взрыве, приведшем к возникновению из Ничего всего наблюдаемого Космоса. А ведь ещё Михайло Васильевич Ломоносов говаривал: „Что в одном месте прибудет, то в другом убудет”!

Под давлением критики гипотеза „Большого Взрыва” эволюционирует, и сегодня это название перестало соответствовать её новым вариантам, потому что выделение колоссальных количеств энергии – собственно взрыв – уже не предусматривается. Новейшая, „инфляционная” (от inflation – раздувание) модель всерьёз говорит о сказочном расширении пространства Вселенной, вместе с материей, за 10^–35 секунды, от неощутимой планковской величины, практически, до современного состояния. Поскольку расширение пространства, по мысли авторов гипотезы, не является движением материи, эта модель не предусматривает затрат энергии на разгон масс, как и гашения этой энергии при торможении. Последнее очень важно, потому что для перемещения за 10^–35 секунды 1 грамма материи на макроскопическое расстояние (скажем, на километр) требуется бесконечное количество энергии.

Один из наиболее цитируемых авторов „инфляционной” модели (выпускник Московского, а ныне профессор Стенфордского университета) Андрей Линде пишет:

„Основное отличие между инфляционной теорией и старой космологией становится понятным, если рассчитать размер Вселенной в конце инфляции. Даже если Вселенная в начале инфляции имела размер порядка 10^–33 сантиметров, после 10^–35 секунд инфляции он достиг немыслимого размера. В соответствии с некоторыми инфляционными моделями, этот размер в сантиметрах может равняться … единице с триллионом нулей! Эти числа зависят от модели, но, в большинстве версий, данный размер на много порядков величины превышает размер наблюдаемой Вселенной, который составляет 10²⁸ сантиметров.” [Линде, 2001]


Как видим, гипотеза о возникновении Тадж-Махала по мановению волшебной палочки, по крайней мере по масштабам, менее фантастична.

* * *

Другой, но уже не психологической, а вполне реальной проблемой астрофизики является загадочное возникновение вещества и энергии в ядрах галактик. Ещё в 1928 г. английский астроном Джеймс Хопвуд Джинс писал: „Настойчиво заявляет о себе предположение, что центры туманностей¹ имеют природу точек сингулярности, в которых в нашу Вселенную вливается вещество из каких-то других, совершенно неизвестных нам пространственных измерений и которые проявляют себя в нашей Вселенной как точки, где происходит непрерывное образование вещества”. [Новиков, 1990]

К настоящему времени центральные области множества галактик изучены довольно подробно, но это лишь подтвердило первоначальное представление. Обычно в центре галактики имеется сгущение, называемое ядром, а внутри ядер многих галактик наблюдаются более яркие зоны замысловатой формы – керны. Природа ядер резко отличается от природы остальных частей галактик. В них-то и наблюдается активное выделение вещества и энергии.

Большие неожиданности принесло открытие квазаров (квазизвёздных объектов), автором которого явился американец голландского происхождения Мартен Шмидт. Он анализировал загадочный спектр голубой звезды, зарегистрированной под номером 3С 273 (273-я позиция в третьем кембриджском каталоге) и высказал мысль, что непонятный вид спектра объясняется аномально большой величиной красного смещения. Это подтвердилось, и показало, что исследуемый объект находится на расстоянии в несколько миллиардов световых лет от Земли. Выходило, что это вовсе не звезда нашей Галактики, а загадочный объект, находящийся у границ видимой (в 1960-е годы) части Вселенной.

Отсюда следовало, что объект излучает неправдоподобно большое количество энергии, подобное излучению сотни крупнейших галактик! Кроме сверхмощного излучения, объект выбрасывал из себя в разные стороны колоссальные массы вещества со скоростями порядка тысяч километров в секунду, что вызывало расширение спектральных линий. После интенсивных исследований оказалось, что квазары – это очень активные ядра далёких галактик. Иногда, прикрыв яркое ядро, удавалось разглядеть и саму галактику. Полагают, что сегодня в видимой части Вселенной можно насчитать около десяти миллионов квазаров. Распределены они довольно неравномерно, плотнее всего – приблизительно на расстоянии в 2 млрд. световых лет. Но некоторые из них удалены на десятки миллиардов световых лет.

Активность квазаров особенно удивительна потому, что они являются компактными образованиями – их поперечники составляют несколько световых месяцев, максимум – световой год (для сравнения – поперечник нашей галактики Млечный Путь оценивается примерно в 100'000 световых лет). Не только источник вещества, но и источник энергии квазаров непонятен; ясно лишь, что это не термоядерные реакции, поскольку они не могли бы дать такой высокий выход энергии из столь малого объёма.


Активность квазаров проявляется, в частности, в виде истечения газообразного вещества компактными, но очень мощными струями, в двух противоположных направлениях, вероятно, совпадающих с осью вращения квазара. Эти струи принято называть джетами. Длина джетов достигает сотен тысяч световых лет, но иногда они тянутся на мегапарсеки [Мартынов, 1988], что говорит о чрезвычайной активности квазаров много миллионов лет подряд. Выброс такого огромного количества вещества и энергии без одновременного притока их извне не удаётся объяснить никакими известными процессами.


Сегодня известно, что галактики могут пребывать в двух различных состояниях – в активном и в спокойном (что определяется процессами в ядре галактики), а между крайними уровнями активности наблюдается ряд переходных состояний. Судя по тому, что процент активных галактик очень мал, активная стадия составляет лишь небольшую часть общего времени их существования. Остальное время галактики проводят в относительно спокойном состоянии.

Активные галактики отличаются, прежде всего, исключительно мощным ультрафиолетовым излучением. Для них характерно также интенсивное радиоизлучение нетеплового (вероятно – синхротронного) происхождения. Кроме того, они проявляют признаки мощных взрывных процессов. Сильно расширенные линии спектра свидетельствуют о бурных и разнонаправленных движениях вещества. Регистрируется также сверхмощное излучение явно нетеплового происхождения в рентгеновской и инфракрасной областях или в сплошном оптическом спектре. Наблюдаются исключительно высокая светимость ядра и мощное гамма-излучение.

Взрывная природа протекающих процессов подтверждается быстрыми вариациями интенсивности излучения и мощными выбросами в пространство огромных масс вещества, проявляющих себя излучением в оптическом и в радиодиапазонах.

Активность квазара трудно назвать взрывом. Она больше напоминает пожар на складе боеприпасов, когда взрывы долго следуют друг за другом. И оптическое, и радиоизлучение квазаров часто проявляет периодичность, отчего некоторые квазары раньше были известны как переменные звёзды.


Рассматривая квазары как разновидность галактик, нужно заметить, что галактическая активность и размеры колеблются в широких пределах. В одних случаях регистрируется аномально сильное излучение ядер сравнительно небольших активных галактик, хорошо видимых благодаря их относительной близости, а в других – сверхмощное излучение ядер галактик, находящихся у границ видимой части Вселенной, когда рядом с сильнейшим излучением ядра наблюдать саму галактику не удаётся.

Галактики можно выстроить в ряд от наиболее активных к спокойным. Наивысшей активностью обладают квазары. Многие из них первоначально попали в звёздные каталоги на правах обычных звёзд, но постепенно выяснилось, что такая „звезда” представляет собой высокоактивное ядро немыслимо далёкой галактики, звёздная часть которой замаскирована интенсивным излучением галактического центра.

„Квазары … не являются объектами, совершенно чуждыми нормальным галактикам .., так как существуют объекты, промежуточные по физическим свойствам между теми и другими.” [Мартынов, 1988]

Меньшей, чем у квазаров, активностью обладают близкие к нам, так называемые N-галактики с относительно слабым звёздным ореолом вокруг компактного ядра. Расширение их спектральных линий, говорящее об интенсивных разнонаправленных движениях вещества, несколько меньше, чем у квазаров (составляет 30–50 ангстрем).

Ещё меньшей (но всё же очень высокой) активностью обладают ядра галактик Сейферта. Наиболее мощное излучение, приближающее сейфертовские галактики по энергетическому выходу к квазарам, наблюдается у них в инфракрасной области спектра. Вместе с тем, растут размеры ядра – если у квазаров они остаются в пределах парсека, то у сейфертовских галактик составляют десятки парсек.

Ещё менее активна группа компактных галактик Цвикки. Их ядра в среднем больше, чем наблюдаемые размеры квазаров, и больше ядер N-галактик, а спектры излучения более разнообразны и приближаются к спектрам обычных звёзд. В группу компактных галактик Цвикки входят и так называемые радиоспокойные квазары, интенсивность радиоизлучения которых не идёт ни в какое сравнение с радиоизлучением типичных квазаров, достигающим 10³⁴ кВт. (!) [Мартынов, 1988]

Описана также группа галактик Маркаряна, выделяемых по избыточному излучению в ультрафиолетовой области спектра. Поскольку такой признак характерен и для других активных галактик, эта группа отчасти совпадает с радиоспокойными квазарами, иногда захватывает галактики Сейферта (в том числе, с особо высокой светимостью) и N-галактики с очень протяжёнными оболочками.

Если сравнить перечисленные космические объекты по их средним абсолютным звёздным величинам¹, то они составят убывающий ряд: квазары –25, N-галактики –21, сейфертовские галактики –19, компактные галактики –18 и ядра нормальных (спокойных) галактик –11. Для сравнения отметим, что абсолютная звёздная величина Солнца +4,77. Это значит, что блеск квазара E_кв (абс. звёздн. вел. –25) больше блеска Солнца E_С в:

E_кв 10^{(–25)/(–2,5)}

–––– = ––––––––– = 10^11,908 = 8,1•10¹¹ раз.

E_С 10^{4,77/(–2,5)}

Вариации активности ядер галактик размывают границы между разными группами. Так, давно известная звезда X Comae, оказавшаяся ядром N-галактики с почти сейфертовским расширением спектральных линий (ширина водородной линии H_α соответствует скоростям перемещения вещества 4500 км/с), во время вспышки 1911 г. достигла такой абсолютной звёздной величины (–23), что в этот период являлась квазаром. Её блеск за считанные месяцы менялся на 1–3 единицы звёздной величины, после чего следовали длительные периоды покоя.

Самое примечательное у активных галактик – сравнительная скоротечность изменений активности. Отмечались изменения блеска вдвое за месяц, а иногда даже в течение одного-двух дней. У квазара 3С 446 между осенью 1965 и летом 1966 г. интенсивность излучения выросла в 20 раз.

Столь быстрые изменения у объектов размером в один парсек представляются странными и даже невозможными, так как свет проходит парсек за 3,26 года и невозможно представить себе процесс, распространяющийся с более высокой скоростью. Приходится допускать, что быстрые изменения излучения происходят в каких-то небольших образованиях внутри сложной структуры квазара. Но тогда плотность излучения должна достигать ещё более чудовищных (чем тогда, когда они приписываются в среднем всему квазару) и совершенно интригующих величин.


Заметим, что активность ядер нормальных галактик (например, таких, как наш Млечный Путь) также заслуживает уважения. В центральной части нашей Галактики вырисовывается область поперечником около 65 световых лет, существенно отличающаяся от всех других областей. По косвенным данным, подавляющая часть её массы сосредоточена в звёздах. Но газовые облака здесь ускоряют движение по мере приближения к центру, что говорит о существовании в самом центре сильно тяготеющего объекта. По новейшим оценкам масса этого объекта составляет примерно 2,6 миллионов солнечных масс, и он имеет характер „чёрной дыры”.


В этой же области находится компактный источник нетеплового радиоизлучения сантиметрового диапазона. В центре его расположено ещё более яркое и очень компактное „радиопятно”, которое могло бы поместиться внутри орбиты Юпитера. Его светимость на единицу объёма чрезвычайно велика – она сравнима со светимостью наиболее мощных источников излучения в нашей Вселенной!


Поскольку затронут вопрос о возникновении в ядрах галактик вещества и энергии „из Ничего”, отметим, что и ядро нашей Галактики, кроме мощного радиоизлучения, непрерывно выбрасывает газ в количестве 1,5 массы Солнца в год. Даже без учёта огромных затрат энергии, объект с массой в 2,6 миллионов масс Солнца от такого выброса газа должен исчерпаться, грубо говоря, через 1,7 миллиона лет (тогда как Земля существует более 4,5 млрд лет). А ведь в прошлом ядро нашей Галактики, надо полагать, выбрасывало вещество и энергию несравненно интенсивнее, чем сейчас. Иначе говоря, даже ядро такой спокойной галактики, как наша, проявляет необъяснимую, не согласующуюся с расчётами активность. Ещё менее понятно, откуда берётся баснословное количество вещества и энергии, выбрасываемых квазарами.

Поскольку возникновение материи „из Ничего” плохо стыкуется с наукой, для объяснения процессов в ядрах галактик немецким физиком П. Иорданом была выдвинута гипотеза о том, что во Вселенной существует особый, пока ещё не обнаруженный вид материи, особый вид поля. У нас ещё просто нет инструментов для наблюдения подобного поля. Между тем, его энергия с течением времени постепенно, монотонно переходит в обычные для нас формы – в энергию и массу элементарных частиц. Это поле назвали „полем творения”.


Такая мысль была отвергнута учёными, так как противоречила положениям общей теории относительности (ОТО), согласно которой для замкнутой области, охватывающей ядро галактики, должен выполняться закон сохранения массы. Никакого появления вещества или энергии внутри выделенной области, без притока вещества или энергии извне, ОТО не допускает (интересно, что это положение не спасло науку от сказочной гипотезы Большого Взрыва!).


Пытаясь найти другое объяснение источника вещества и энергии квазаров, Виктор Амазастович Амбарцумян выдвинул гипотезу о том, что ядра галактик и квазаров являются местом перехода вещества из дозвёздного существования (в форме недоступных наблюдению сверхплотных тел) в обычные для астрономии формы существования в виде звёзд или разрежённой межзвёздной среды. [Мартынов, 1988] Произошедший с тех пор значительный прогресс наблюдательной астрономии не принёс каких-либо подтверждений такого варианта гипотезы.

* * *

Ещё одна проблема возникла в 1933 г., когда швейцарский астроном Фриц Цвикки при измерениях скоростей движения галактик в районе созвездия Волос Вероники, обнаружил существование какой-то скрытой массы. Так „в поле зрения” учёных впервые попало невидимое вещество Вселенной (см. гл. 4.4.5.). Оказалось – галактики исследуемого скопления движутся со столь высокими скоростями, что для удержания их в скоплении нужна масса, примерно вдесятеро превышающая его видимую массу. Так возник „парадокс Цвикки”, подтвердившийся позже при изучении других скоплений галактик.

Дело в том, что существуют два независимых способа определения массы скопления галактик. Один из них основан на хорошо изученной связи между массами звёздных систем и их светимостями. Измеряя светимости, можно довольно точно определить массы галактик и их групп. Другой способ основан на использовании теоремы вириала, по которой кинетическая энергия устойчивой динамической системы равна половине потенциальной энергии тяготеющих масс. Эта теорема была доказана ещё в XIX веке и многократно подтверждена. Например, известно, что в атоме кинетическая энергия каждого электрона равна половине его же потенциальной энергии. Поскольку скорости и радиусы движения галактик можно определить с хорошей точностью, это позволяет определить так называемую „вириальную” массу (по названию теоремы). И вот здесь-то оказалось, что „вириальные” массы превышают массы, определённые по светимости, в десятки и в сотни раз!

Естественно, что проблема не обошла и нашу Галактику. В 1970-е годы выяснилось, что внешние области Млечного Пути, вопреки законам небесной механики, имеют такие же угловые скорости вращения вокруг галактического центра, как и внутренние! Эта аномалия легко объясняется всё тем же предположением о существовании скрытой массы. Если допустить, что Галактика полностью погружена в огромное массивное невидимое „облако” (не оказывающее сопротивления её движению!), то странности её кинематики становятся понятными и закономерными.

„Наблюдения установили, что всякое скопление галактик обладает массой, раз в 5–10 большей суммарной массы всех, содержащихся в нём галактик … Откуда взять недостающее вещество? Астрономия его не находит … Приходится констатировать, что ни астрономы, ни физики не знают сейчас, что составляет бóльшую часть Вселенной.” [Мартынов, 1988] Подобная ситуация сохраняется и сегодня.

Если предположить, что невидимая материя представляет собой совершенно прозрачный, не обнаруживаемый телескопами газ, то при таком количестве он должен был бы, как минимум, тормозить движение небесных тел, как воздух тормозит полёт артиллерийского снаряда. Но невидимая материя (теперь полагают, что она примерно в 20 раз превышает массу материи знакомого нам мира) никак (кроме гравитации) не влияет на движение звёздных систем – нигде во Вселенной не тормозит, не ускоряет и не отклоняет их.

Перед нами не просто невидимая материя! Наука столкнулась с тяготеющей материей, совершенно неощутимой и для органов чувств, и для приборов, и вообще для любых материальных тел нашего мира!

Проблема скрытой массы Вселенной очень активно изучается учёными всего мира. Достаточно полно осветить здесь эти работы невозможно. Поэтому отметим лишь работу последних лет – обнаружение так называемых „галактик c низкой поверхностной яркостью” [Бозан, 2001]. Они похожи на обычные спиральные галактики, с обычной массой, но почему-то имеют многократно увеличенный диаметр, что снижает их яркость, и затрудняет выявление на фоне обычных галактик. Естественно, что обнаружение не замеченного ранее типа галактик несколько изменяет расчётное количество скрытой массы. Но не намного. Общая ситуация решительных перемен не претерпела.

* * *

Считается, что расширение Вселенной происходит по инерции, под действием скоростей, полученных во время Большого Взрыва. „Галактики сейчас движутся по инерции, и их скорость тормозится тяготением.” [Новиков, 1990]

В то же время, излучение более далёких галактик обладает сильнее выраженным красным смещением, что можно расценить как результат большей скорости удаления. Получается, что разные части Вселенной разлетаются не с одинаковой скоростью, не по инерции, как после взрыва, а чем дальше от нас – тем быстрее, словно под действием каких-то всеобщих сил отталкивания. Такой же видят динамику Вселенной и сторонники гипотезы Большого Взрыва – в качестве её модели они предлагают не взрыв, а равномерно раздуваемый газом резиновый шарик. [Новиков, 1990; Піблс та ін., 2001]

Вопрос о существовании во Вселенной сил отталкивания имеет долгую историю. В 1917 г., из теоретических соображений, А. Эйнштейн посчитал, что кроме сил тяготения во Вселенной должны существовать и силы отталкивания. Он обозначил их в уравнениях так называемым λ-членом. Позже Эйнштейн отказался от этой мысли, но уже другие учёные, из похожих соображений, стали учитывать силы отталкивания, хотя и не объясняли их природу. Не могли помочь выяснению истины и эксперименты, так как эти силы, по теории, чрезвычайно малы – на тридцать порядков (!) слабее земного притяжения.

Противоречивое отношение к λ-члену сохранилось до сих пор. С одной стороны, только силы отталкивания способны объяснить увеличение скорости удаления галактик по мере увеличения их расстояния от наблюдателя. С другой стороны, гипотеза Большого Взрыва ничего не говорит о природе отталкивания. Таким образом, одним из крупных пробелов современной астрофизики является непонятный характер расширения Вселенной.

В последние годы стала обнаруживаться новая загадочная сторона расширения Вселенной. Если раньше полагали, что увеличение скорости расширения происходит во всех частях Вселенной строго равномерно, и выражается так называемой постоянной Хаббла (сейчас её оценивают приблизительно в 75 км/с на мегапарсек), то теперь стали накапливаться сведения, что расширение происходит не всюду одинаково, что постоянная Хаббла, вообще говоря, непостоянна.

* * *

Непонятна и структура Вселенной в целом. В 1976 г. в Институте прикладной математики им. М. Келдыша было высказано предположение о существовании во Вселенной своеобразных „пустот” – областей, свободных от звёзд и галактик. Через год это подтвердили сотрудники Тартуской астрофизической обсерватории А. Саара, М. Йыэвээра и др. под руководством Я. Эйнасто.





Рис. 4.8. Крупномасштабная структура Вселенной. Компьютерной обработкой устранены звёзды и показаны только галактики до 19-й звёздной величины. Видны гигантские ячейки – крупнейшие структурные единицы Вселенной. [Новиков, 1990]


К исследованиям подключились и американские астрономы. Они изучили распределение звёздных островов вдоль трёх близко расположенных прямых линий, направленных в глубины Вселенной. По избранным направлениям до расстояний порядка 500 млн. св. лет и после 800 млн. св. лет галактики расположены довольно густо. Но в промежутке между ними ни одной галактики зарегистрировать не удалось. Ориентировочный объём открытой учёными полости составил 10²⁵ кубических световых лет.

Так впервые выяснилось (подтвердившись в дальнейших исследованиях), что скопления галактик образуют гигантские ячейки, напоминающие пчелиные соты, что видно на рис. 4.8.

„Исследованиями эстонских астрофизиков … и американских специалистов П. Пиблса, О. Грегори, Л. Томпсона и др. показано, что самые крупномасштабные неоднородности в распределении галактик носят „ячеистый” характер. В „стенках ячеек” много галактик, их скоплений, а внутри – пустота. Размеры ячеек около 100 мегапарсек, толщина стенок 3–4 мегапарсека. Большие скопления галактик находятся в узлах этой ячеистой структуры. Отдельные фрагменты ячеистой структуры иногда называют сверхскоплениями.” [Новиков, 1990]

В видимой части Вселенной (т.е. в пределах Метагалактики) находятся тысячи таких ячеек. Как они образовались, что удерживает миллиарды лет их структуру от деградации, выполняют ли они какую-то функцию – пока неясно.

* * *

Ещё одна трудная проблема – возраст Вселенной. Его можно оценивать по разным критериям, что и вызывает противоречия.

Чаще всего в основу оценки кладут скорость расширения Вселенной, определяемую постоянной Хаббла H. Как отмечалось, сейчас принята величина  H = 75 км/с на один мегапарсек. Сдвиг линий спектра в „красную” сторону для всех окружающих галактик истолковывается как доплеровский эффект, вызываемый их удалением от наблюдателя, при чём скорость удаления растёт с увеличением расстояния от Земли. Поскольку постоянная Хаббла имеет размерность, обратную времени, она дала одно из оснований для оценки времени, прошедшего после Большого Взрыва. По ней возраст Вселенной оценили величиной порядка 10–15 млрд. лет (кстати, для инфляционных вариантов гипотезы Большого Взрыва такие рассуждения уже неприменимы).

Астрономы осознают, что „это истолкование слишком прямолинейное, так как предполагает, что … разбегание галактик шло все десять миллиардов лет неизменными темпами”. [Мартынов, 1988] Действительно, а не изменяется ли величина H, например, по синусоиде? Что, если Вселенная не просто расширяется, а вибрирует как звучащий камертон? Только период колебаний этого „камертона” очень велик, миллиарды лет …

Другие критерии ведут к другим выводам. Например, возраст некоторых метеоритов, определённый по их изотопному составу, достиг 26 млрд. лет, хотя известно, что метеориты не могли возникнуть сразу после Большого Взрыва. Они могли появиться в молодых галактиках лишь после гибели звёзд первого поколения, в недрах которых термоядерный синтез создавал вещество метеоритов – химические элементы, более тяжёлые, чем водород и гелий.

В 1967 г. были открыты пульсары – космические источники радиоизлучения с очень стабильной частотой повторения радиоимпульсов. Выяснилось, что они представляют собой быстро вращающиеся нейтронные звёзды, возможность существования которых в 1930 г. предсказал Л.Д. Ландау. Стабильность частоты первого пульсара соответствовала точности лучших атомных часов. Но теория предсказывала, что частота импульсов, зависящая от скорости вращения нейтронной звезды, со временем должна снижаться из-за торможения звезды окружающей плазмой. Скорость снижения частоты позволяет судить о возрасте пульсара. Выяснилось, что возраст одного из пульсаров („Джи-Пи – 1953”) составляет … 45 млрд. лет.

Открытие квазаров, находящихся у границ видимой части Вселенной, принесло сведения о космических объектах, свет от которых шёл к нам многие десятки миллиардов лет.

Красное смещение спектральных линий у квазара PKS 200–330 говорит о его скорости удаления от Земли, равной 91,5% от скорости света, что соответствует расстоянию от Земли 15,6 миллиардов парсек [Мартынов, 1988]. Поскольку расстояние в один парсек свет проходит за 3,26 года, отсюда следует, что свет от данного квазара шёл к нам 51 миллиард лет! С этой точки зрения, возраст Вселенной не может быть 15 млрд. лет.

Данные по квазару PKS 200–330 с красным смещением z = 3,78, можно было бы считать ошибкой измерений, если бы „снизу” его не „подпирали” квазары со смещением z = 3,68 и 3,71, а „сверху” не дополняли квазары со смещением z = 4,0 и более [Мартынов, 1988]. При постоянной Хаббла H = 75 км/с на один мегапарсек и относительном красном смещении z = 4,0 свет от такого квазара идёт к нам 72 млрд. лет. Известны немногочисленные квазары с красным смещением до z = 5,5. Открыта обычная, спокойная галактика с красным смещением линий спектра z = 6,56 („Astrophysical Journal” 2002, V. 568, P. L75-L79 (April 1)).


При таких высоких скоростях удаления объекта нужно учитывать эффекты теории относительности, что заставляет пользоваться релятивистской формулой:

1 + z = ;

где z – относительное красное смещение спектральных линий;

c – скорость света в вакууме;

v – скорость удаления излучающего объекта.

При расчёте расстояний до космических объектов по красному смещению должна учитываться принятая модель Вселенной. При популярной модели Эйнштейна – де Ситтера [Мартынов, 1988] расстояние r равно:

r = {1 – };

где H – постоянная Хаббла.


При z = 6,56 расстояние до объекта составляет r =38ֹ480 мегапарсек = 125 млрд. св. лет.

Интересно оценить возраст Вселенной с точки зрения старого варианта гипотезы Большого Взрыва (который предполагал именно взрыв, а не раздувание пространства). Примем в качестве наихудшего случая расположение человека-наблюдателя в предполагаемом центре Взрыва (потому что, при смещении из центра, наблюдатель в каком-то направлении приближается к границе Вселенной.) Учтём также время перемещения крайней галактики от центра Взрыва в наблюдаемую позицию. Вещество не могло двигаться со скоростью света, так как для этого нужна была бы бесконечно большая энергия. Следовательно, удаление галактики должно было бы продолжаться более 125 млрд. лет, откуда возраст Вселенной возрастает более чем до 250 млрд. лет! (Правда, при новых, „инфляционных” вариантах гипотезы время перехода крайней галактики из эпицентра „Взрыва” приблизительно в сегодняшнее её положение учитывать уже не нужно – оно занимает всего 10^–35 секунды! Но и тогда возраст Вселенной должен составлять не менее 125 млрд. лет пока свет возвращался к нам.)

Таким образом, оценка возраста Вселенной на основе разных физических процессов – скорости удаления галактик, радиоактивного распада атомных ядер, торможения вращательного движения нейтронных звёзд и прохождения света от наиболее удалённых галактик – приводит к противоречивым результатам, от 10–15 млрд. лет до более 250 млрд. лет. Это тоже является одной из нерешённых проблем сегодняшней космологии.