12.10.2011

Нобелевская премия по физике за 2011 год досталась исследователям сверхновых

В Стокгольме продолжается так называемая нобелевская неделя: в понедельник были объявлены имена лауреатов премии по физиологии и медицине, во вторник стали известны имена лауреатов-физиков.

Нет, недаром физика относится к точным наукам! В понедельник в Каролинском институте объявление имен лауреатов-медиков задержалось, по меньшей мере, минут на семь, а прямая трансляция в интернете и вовсе сорвалась: сервер не выдержал нагрузки. Зато во вторник в Шведской королевской академии наук представители Нобелевского комитета появились перед журналистами точно в назначенное время, секунда в секунду, и веб-камеры тоже работали как часы. Итак, ровно в 11:45 секретарь Нобелевского комитета Стаффан Нормарк (Staffan Normark) объявил о решении Шведской королевской академии наук присудить Нобелевскую премию по физике за 2011 год трем астрофизикам: одна половина премии досталась Солу Пёрлмуттеру (Saul Perlmutter), другую поделили между собой Брайан Шмидт (Brian P. Schmidt) и Адам Рисс (Adam G. Riess). Наблюдая за дальними сверхновыми, эти ученые обнаружили ускоряющееся расширение Вселенной.

Важнейшая публикация года

Выдающиеся научные заслуги нынешней троицы лауреатов не вызывают сомнений: об этом наглядно свидетельствует хотя бы тот факт, что эти же трое ученых за это же открытие уже удостоились 5 лет назад престижной премии Шао Ифу, которую нередко именуют азиатской нобелевской премией. Но осенью 1998 года, когда статья об исследованиях, выполненных нынешними нобелевскими лауреатами, была опубликована в Astronomical Journal, она вызвала у специалистов смятение. Да и сами авторы были столь поражены полученными результатами, что долго искали ошибку в своих вычислениях. Однако ее не оказалось.

Вскоре эта статья была признана важнейшей научной публикацией года, ведь она заставила специалистов кардинально пересмотреть господствовавшие в то время космологические представления. Авторы работы обнаружили, что Вселенная не просто расширяется (на этот факт американский астроном Эдвин Хаббл - Edwin Hubble - указал еще в 1929 году), а расширяется все быстрее и быстрее. Пёрлмуттер, Шмидт и Рисс выяснили это, наблюдая и анализируя вспышки сверхновых.

Стандартные свечи Вселенной

Сверхновые - это звезды, завершающие свою эволюцию гигантским взрывом. В зависимости от массы и строения исходной звезды сверхновые делятся на 2 типа, причём 1-й тип имеет три разновидности - a, b и c. Нынешние нобелевские лауреаты изучали сверхновые типа 1а, предшественниками которых являются двойные звездные системы. Дело в том, что для определения расстояния до других галактик в астрономии принято измерять их красное смещение, то есть сдвиг спектральных линий всех химических элементов в длинноволновую - красную - сторону. Согласно закону Хаббла, это смещение тем больше, чем дальше от наблюдателя находится объект.

Соотношение между расстоянием и величиной красного смещения именуется постоянной Хаббла. Понятно, что для ее определения нужно было измерить красное смещение каких-то объектов, расстояние до которых может быть вычислено иным способом. Для этого в астрономии используют так называемые "стандартные свечи" - объекты, светимость которых уже известна с высокой точностью. Почти идеальными "стандартными свечами" как раз и являются сверхновые типа 1а, поскольку они обладают высокой яркостью и вспыхивают тогда, когда масса исходной звёздной системы типа "двойной белый карлик" достигает строго определенного значения. Поэтому авторы той знаменитой статьи и обратились к сверхновым этого типа. Наблюдая их, они смогли рассчитать скорость расширения Вселенной.

Нюансы "стандартной модели"

Согласно общепринятой сегодня теории Большого взрыва, основанной на вычислениях Хаббла и получившей название "стандартной модели", Вселенная возникла в результате спонтанного взрыва невообразимо плотной и горячей материи, сконцентрированной в одной точке величиной меньше булавочной головки. Эта точка при взрыве выбросила почти немыслимое количество энергии. Из обломков Большого взрыва и образовались все галактики, звезды и планеты. Момент взрыва принят за начало отсчета времени, поскольку до него классические представления о пространстве и времени не действовали. С тех пор Вселенная расширяется, а ее средняя плотность, соответственно, уменьшается.

Но если для объяснения начала Вселенной есть теория Большого взрыва, то для ее конца господствующей концепции тогда, в 1998 году, не существовало. Две основные теории - "закрытой" и "открытой" Вселенной - имели примерно равное количество сторонников.

"Закрытая" или "открытая" Вселенная?

Теория "закрытой" Вселенной исходила из гипотезы о том, что ее расширение когда-нибудь прекратится и уступит место сжатию, которое закончится коллапсом - Большим хлопком, в результате которого вся материя разрушится и придет в свое исходное, первоначальное состояние, предшествовавшее Большому взрыву. Некоторые ученые полагали даже, что после этого снова произойдет Большой взрыв, и цикл "расширение-сжатие" повторится - как, возможно, уже повторялся в прошлом и повторится в будущем бессчетное число раз.

Теория же "открытой" Вселенной исходила из предположения, согласно которому Вселенная будет продолжать расширяться бесконечно долго, становясь все более холодной, пустой и мертвой. Но в любом случае, наиболее логичным представлялось допущение, что сразу после Большого взрыва Вселенная расширялась чрезвычайно быстро, а потом этот процесс постепенно стал замедляться. Ведь масса, которой обладает материя во Вселенной, вернее, свойственная ей гравитация, должна была бы постепенно тормозить расширение Вселенной.

Темная энергия правит миром

Именно эту гипотезу и намерены были подтвердить своими наблюдениями и расчетами нынешние нобелевские лауреаты - и в результате ее опровергли. В результате представления об устройстве Вселенной претерпели кардинальные изменения. Сегодня принято считать, что вся наблюдаемая нами материя, все галактики, звезды, планеты и мы с вами, составляет лишь 5 процентов массы Вселенной. Еще 25 процентов - это некая странная невидимая, так называемая темная, материя. Ее природа ученым неизвестна, но она хотя бы проявляет себя привычной нам гравитацией. А вот остальные 70 процентов - это совершенно загадочная темная энергия, что-то вроде антигравитации. Она-то и заставляет Вселенную расширяться все быстрее. Открытие, сделанное Пёрлмуттером, Шмидтом и Риссом, дало мощнейший толчок космологии, и сегодня она относится к самым динамично развивающимся направлениям астрофизики.Важнейшая публикация года

Выдающиеся научные заслуги нынешней троицы лауреатов не вызывают сомнений: об этом наглядно свидетельствует хотя бы тот факт, что эти же трое ученых за это же открытие уже удостоились 5 лет назад престижной премии Шао Ифу, которую нередко именуют азиатской нобелевской премией. Но осенью 1998 года, когда статья об исследованиях, выполненных нынешними нобелевскими лауреатами, была опубликована в Astronomical Journal, она вызвала у специалистов смятение. Да и сами авторы были столь поражены полученными результатами, что долго искали ошибку в своих вычислениях. Однако ее не оказалось.

Владимир Фрадкин

Источники:

1. www.dw-world.de