Международная группа ученых под руководством Алексея Вихлинина из Института космических исследований РАН экспериментально подтвердила ускоренное расширение Вселенной и восстановила картину ее развития во времени. Сейчас в ИКИ РАН ведут работы по созданию новой орбитальной рентгеновской обсерватории, одной из задач которой будет определение уравнения состояния темной энергии с беспрецедентной точностью.
Об этом шла речь на Всероссийской астрофизической конференции «Астрофизика высоких энергий сегодня и завтра», прошедшей в ИКИ РАН. Как подчеркнул Алексей Вихлинин, ускоренное расширение Вселенной, а также наиболее точное на сегодняшний день измерение параметра уравнения состояния темной энергии были подтверждены полностью новым независимым способом.
Алексей Вихлинин напомнил, что в конце прошлого века по наблюдениям далеких сверхновых звезд было показано, что наша Вселенная расширяется с ускорением. Причина этого ускорения была названа «темной энергией» («невидимой энергией»). Ее свойства оказались весьма необычными — так, например, темная энергия должна обладать отрицательным давлением, чтобы «расталкивать» Вселенную. Установление природы этой загадочной темной энергии — одна из главных задач современной физики поскольку, согласно современным представлениям, именно влияние «темной энергии» определяет развитие нашего мира.
В основе работы международной группы учёных из Европы и США лежало исследование распределения массивных скоплений галактик в пространстве – основных элементов крупномасштабной структуры Вселенной. (Крупномасштабную структуру можно представить как скопления галактик, соединенные филаментами – скоплениями газа, между которыми находятся пустоты). Тёмная энергия должна оказывать существенное влияние на рост крупномасштабной структуры, поскольку она противодействует силе гравитационного притяжения материи и препятствует образованию сгущений вещества на больших масштабах расстояний. В наибольшей степени это влияние отражается на скорости образования массивных скоплений галактик. Такие скопления содержат тысячи галактик, подобных нашей, и могут иметь массы порядка 1014 масс Солнца.
Экспериментально было обнаружено и подробно исследовано 86 наиболее массивных скоплений галактик во Вселенной, находящихся от нескольких сотен миллионов до нескольких миллиардов световых лет от Млечного пути. Большая часть скоплений была открыта по данным рентгеновского телескопа РОСАТ (Германия, НАСА). Измерения расстояний до них были выполнены при помощи десятка оптических телескопов по всему миру: Keck, Magellan, NTT и др. Большое количество наблюдений было выполнено также при помощи российско-турецкого 1,5-метрового телескопа РТТ-150. Главный вклад в успех работы был сделан орбитальной рентгеновской обсерваторией Чандра (США) — по ее данным были получены точные измерения масс скоплений.
На основе полученных данных астрофизики восстановили картину развития Вселенной, начиная примерно с 2/3 ее возраста до настоящего времени, т.е. в течение последних 5,5 миллиардов лет (что примерно соответствует возрасту Солнца). Результаты этого исследования показали, что рост крупномасштабной структуры в течение этого времени существенно замедлился.
Сила, с которой темная энергия «расталкивает» вещество, описывается параметром уравнения состояния темной энергии, имеющим физический смысл, сходный с жесткостью пружины. Исследователи получили наиболее точное на сегодняшний день измерение этого параметра. Полученные результаты подразумевают, что уравнения общей теории относительности (только с добавлением космологической постоянной) хорошо работают на всех наблюдаемых расстояниях — от радиусов орбит планет в нашей Солнечной системе до размеров всей наблюдаемой части Вселенной.
ИКИ РАН в сотрудничестве с институтами Общества им. Макса Планка (Германия) и другими научными организациями сейчас ведет работы по созданию орбитальной рентгеновской обсерватории «Спектр-рентген-гамма (СРГ), запуск которой планируется в 2012 году. Обсерватория предназначена для полного обзора неба, в ходе которого, как ожидается, будет открыто порядка 100 тысяч скоплений галактик (т.е. все массивные скопления галактик во Вселенной), примерно 3 млн ядер активных галактик (сверхмассивных черных дыр) и около 2 млн. коронально-активных звезд. На основе наблюдений массивных скоплений галактик предполагается получить более точные сведения о скорости роста крупномасштабной структуры Вселенной, которые в свою очередь позволят определить беспрецедентно точно уравнение состояния темной энергии.
Алексей Вихлинин пояснил корреспонденту «Науки и жизни», что изучение природы темной энергии позволит создать новую теорию вакуума, которая, возможно, будет распространена на другие физические явления либо покажет, что наше пространство имеет не четыре, а пять измерений.