Черная дыра с массой Вселенной? Часть 5

 Часть 4. «Предыстория Вселенной» http://artefact-2007.blogspot.com/2012/03/blog-post_21.html

   Что обнаружили в созвездии Эридана?

    «Несколько лет назад астрономы обнаружили в созвездии Эридана загадочную дыру (см. «Знание-сила», № 7 за 2008 год). Что может означать это открытие? Не вкралась ли в расчеты ученых ошибка? И если нет, то не повергнет ли этот таинственный объект всю современную космологию в кризис?

     В основе этого раздела науки лежит так называемый космологический принцип, Согласно ему, все пространство нашей Вселенной однородно. Правда, это становится очевидным, лишь когда мы не всматриваемся слишком пристально в карту мироздания. Только начиная с масштаба порядка 100 миллионов световых лет узор, сплетенный из галактических скоплений и пустот, вновь и вновь повторяется в любых направлениях.

    Об однородности Вселенной свидетельствует и карта космического фонового излучения, вспыхнувшего примерно через 380 тысяч лет после Большого Взрыва (см. «Знание-сила», № 11 за 2001 год). Его температура составляет около 3 кельвинов – всего на 3 градуса выше абсолютного нуля. Перепады температуры не превышают нескольких стотысячных долей градуса. Они выдают небольшие колебания плотности в первородном газе, заполнившем тогда Вселенную. Самая подробная карта этого излучения была составлена зондом Уилкинсона [WMAP], запущенным на околоземную орбиту 30 июня 2001 года.

Аппарат WMAP удаляется от Земли и Луны. (Иллюстрация НАСА / WMAP Science Team) 

    Если Вселенная однородна, то она равномерно расширяется во всех направлениях. Если же космологический принцип все-таки не соблюдается в нашем мироздании, как полагают некоторые ученые, то под вопросом оказывается и Стандартная модель космологии. 
    Возможно, уже в ближайшие годы наблюдения за отдаленными областями Вселенной принесут немало удивительных открытий, что подтвердят или опровергнут гипотезы, которые мы привыкли считать обоснованными.

    Между тем в «нулевые» годы в Космосе уже дважды выявляли очень крупные неоднородности. Так, в 2008 году была обнаружена неестественно большая группа галактических скоплений (их здесь – около 700), протянувшаяся почти на 6 миллиардов световых лет. Все они со скоростью порядка 600 километров в секунду мчатся куда-то к границе созвездий Кентавра и Парусов. Еще ранее была замечена громадная дыра, протянувшаяся на 900 с лишним миллионов световых лет. В Космосе иногда обнаруживаются пустоты, где нет никакого вещества, но размеры их невелики. Здесь же было нечто, что поражало своими размерами.

Реликтовое излучение

    Ни то, ни другое открытие, если они подтвердятся, не вписываются в Стандартную модель космологии. Так что же увидели в созвездии Эридана?

    Дыра не черная и не белая

    Первые признаки этого необычного объекта, расположенного на расстоянии 6-10 миллиардов световых лет от Земли, были обнаружены в 2004 году. Испанские астрономы, обрабатывая результаты измерений, проведенных зондом Уилкинсона [WMAP], отметили одну несуразность. Отыскали участок, который был холоднее и больше обычных пустот. Если быть точным, температура этого холодного пятна, WMAP Cold Spot, была на 0,00007 градуса ниже средней температуры космического фонового излучения.

    Известие об этом открытии привлекло внимание астрономов к необычному объекту. Так, Лоуренс Рудник [Lawrence Rudnick] из Миннесотского университета, а также его коллеги Ши Браун и Лилия Уильямс решили обследовать этот участок небосвода в других волновых диапазонах.

Astronomers Lawrence Rudnick, Shea Brown, and Liliya Williams
made waves when they found a gigantic gaping hole in the Universe 

    В частности, они использовали результаты наблюдения Very Large Array (VLA) – системы из 27 радиотелескопов, сооруженных в штате Нью-Мексико. С 1993 по 1997 годы эти приборы просканировали 82% всего небесного свода в диапазоне частот 1,4 гигагерц. В каталоге, составленном по результатам описи, значилось свыше 1,8 миллиона отдельных объектов. По большей части это – квазары, галактики с активными ядрами и галактики, где протекают процессы образования новых звезд. Рудник и его коллеги убедились, что странное пятно в созвездии Эридана соответствует самому холодному участку Вселенной в этом обширном реестре. Интенсивность радиоизлучения, исходящего отсюда, значительно меньше, чем из соседних регионов.

    Этот феномен Рудник объяснил тем, что здесь нет ни звезд, ни рассеянного в пространстве газа, ни даже темного вещества [«темной материи» – Ф.Д.] : «Астрономам трудно себе представить пустоту таких громадных размеров. Никто не ожидал, что в космосе можно найти нечто подобное. Происхождение этой дыры непонятно».

    К такому же выводу пришли и некоторые другие исследовательские группы. Был проведен независимый анализ данных, собранных телескопами VLA, и он также подтвердил, что в центре созвездия Эридана интенсивность радиоизлучения резко снижается. Любые ошибки, в том числе и при обработке результатов, полученных зондом Уилкинсона [WMAP], исключены. На картах, составленных по результатам наблюдений зонда и опубликованных в 2006 и 2006 годах, это пятно вырисовывается еще более отчетливо, чем прежде.

    Подобное открытие может повергнуть в кризис современную космологию. Ведь появление в первородном газе случайной флуктуации плотности такого масштаба кажется почти невероятным событием. Шанс, что такое могло случиться – один на миллиард или того меньше.

    Призрак другой Вселенной?

    Что же произошло 13,7 миллиарда лет назад в этой области мироздания? Как могла возникнуть такая громадная пустота? Может быть, под влиянием соседних вселенных? Такую радикальную гипотезу высказала Лаура Мерсини–Хоктон. Тем не менее некоторые известные космологи всерьез отнеслись к этой фантастической идее, на первый взгляд, далекой от академической науки.

    Американская исследовательница предсказала возможность существования подобной дыры еще до того, как та была открыта. Вместе со своим коллегой Ричардом Холманом она заявила, что, если наряду с нашей Вселенной, из квантового вакуума возникли и другие миры, то в нашей могут простираться обширные пустоты.

http://cidorova.ru/kosmos/chto-novogo-myi-znaem-o-vselennoy 

    Параллельные вселенные, хоть располагаются за пределами мироздания, все-таки не совсем изолированы от нашей Вселенной. Ведь в мире элементарных частиц существует один поразительный феномен, описанный Эйнштейном еще в 1915 году и доказанный в 1980 году. Он предполагает, что две элементарные частицы неизменно поддерживают между собой «телепатическую связь». Этот феномен, квантовая корреляция, - совершенно одинаковое поведение частиц, находящихся на огромном расстоянии друг от друга – является основой квантовой телепортации и квантовой криптографии.

    Как полагает ряд космологов, в том числе Мерсини–Хоктон и Холман, подобный феномен может связывать нашу Вселенную с другими. Ведь такую же связь способны были бы поддерживать между собой и и целые области различных вселенных, даже несмотря на процесс космической инфляции, стремительно отдаливший их друг от друга. По мнению Мерсини–Хоктон, там, где этот эффект ощущается особенно сильно, он препятствует возникновению новых галактик. Как следствие, в этой части Космоса образуется пустота. Быть может, новая Вселенная лежит буквально у порога нашего космического дома?

    И все же сомнения остаются. Что, если этой дыры вообще нет? С таким выводом выступила еще одна группа исследователей, которые предположили, что эта «пустота» родилась… на кончике пера. Они считают ее появление на астрономических картах все-таки результатом ошибочной обработки данных. По их мнению, в исследуемой области Вселенной имеется столько же галактик, сколько и в других ее частях.

    Очевидно, лишь более тщательные наблюдения за участком звездного неба в районе созвездия Эридана позволят понять, есть ли там «Великая Пустота» или же нет. А, может быть, «супердыра» откроет нам путь в «Большой Космос», куда более громадный и причудливый, чем наша Вселенная – и чем полагает большинство астрономов?

    Особое мнение

    Известный космолог Нейл Турок из Кембриджского университета и его испанский коллега Маркос Круус предложили экзотическое объяснение феномену, замеченному в созвездии Эридана. Холодное пятно могло появиться на карте, составленной зондом Уилкинсона, вследствие трехмерного «топологического дефекта». Эта дыра – своего рода «узел» в ткани пространства-времени, реликт чрезвычайно энергичного вакуума, существовавшего вскоре после возникновения Вселенной. Она – словно пузырек, наполненный одной лишь энергией. Подобное образование могло возникнуть при фазовых переходах, которые претерпевала юная Вселенная во время своего стремительного охлаждения. Оно напоминает пузырьки воздуха, возникающие в толще льда после того, как вода замерзнет. Появился подобный «пузырь» примерно через миллиард лет после Большого Взрыва, полагает Маркос Круус. Этот феномен, эта «дыра» или, как называют ее Турок и Крус, «текстура», позволяет ученым оценить энергетику ранней Вселенной, которую невозможно исследовать в лабораторных условиях». (Александр Волков. «Знание-сила» № 2 за 2012 год, стр. 94-96).

«Загадочное "холодное пятно" в микроволновом эхо Большого взрыва частично возникло благодаря существованию огромной космической пустыни длиной в 1,8 миллиарда световых лет в трех миллиардах световых лет от Земли, где почти нет галактик и звезд». («Астрономы раскрыли природу загадочного холодного пятна Большого взрыва». 20.04.2015, 11:14) (© Фото: ESA Planck Collaboration / Gergő Kránicz) 

    Приложение. Реликтовое излучение

    «Первичный нуклеосинтез вновь преобразовал состав горячей плазмы юной Вселенной. А вот потом в течение 400 000 лет она не претерпевала никаких качественных превращений. Все это время, во-первых, остывал радиационный фон, причем весьма быстро, пропорционально четвертой степени растущего линейного размера Вселенной. Во-вторых, уменьшалась плотность и обычной, и темной материи, но несколько медленней (как третья степень). Плотность фотонной энергии падала быстрее, поскольку растяжение пространства не только рассеивало кванты по все большему и большему объему, но и увеличивало длины их волн, тем самым снижая частоты. Когда Вселенной стукнуло 57 000 лет, плотность лучевои энергии сравнялась с плотностью энергии частиц, а потом начала от нее отставать - наступил конец радиационной эры. 

    Каким тогда казался бы космос разумному наблюдателю, если бы таковой существовал? Когда Вселенной стукнуло 50 000 лет, она вперые засветилась видимым для нас голубым светом (до этого реликтовые фотоны были ультрафиолетовыми, а еще раньше, когда возраст Вселенной двигался от полутора минут к 600 годам, - рентгеновскими). К 200 000 лет цвет фотонного фона сместился от голубого к желтому, еще через 200 000 лет стал оранжевым, а по достижении миллиона лет сделался темно-красным. В возрасте Вселенной 5 млн лет ее температура упала до 600 К, практически все реликтовые фотоны перешли в инфракрасную зону и в космическом пространстве настала беспросветная тьма. Она начала рассеиваться лишь после появления самых первых звезд, где-то через 200 млн лет после Большого взрыва. 

    Но что же все-таки произошло через 380 000 лет после Большого взрыва? Несколькими десятками тысяч лет ранее электроны начали объединяться с ядрами. Сначала альфа-частицы присоединяли к себе по единственному электрону и превращались в однократно ионизированные атомы, а затем и по второму, так что получались нейтральные атомы гелия. Позднее это же случилось и с протонами, которые положили начало атомам водорода. Подобные слияния стали возможными потому, что в лучевом фоне сократилось количество фотонов с энергией больше энергии ионизации атомов гелия и водорода. Процесс рекомбинации растянулся на 80 000 лет и практически завершился, когда температура фотонного фона упала ниже 3000 К. Повторилась трансформация, имевшая место в односекундной Вселенной: тогда пространство стало прозрачным для нейтрино, а теперь - для квантов электромагнитного излучения. Остывшие фотоны уже не могли рассеиваться на нейтральных атомах и, как некогда нейтрино, отправились в беспрепятственное путешествие по космосу. Эти реликтовые фотоны, остывшие с тех пор до 2,7 К, мы называем фоновым микроволновым излучением». («Новорожденная вселенная») http://galspace.spb.ru/indvop.file/58.html

    На эту тему:

   «Громадная дыра во Вселенной требует объяснений»    

    «Черная дыра с массой Вселенной?»

    Часть 2  http://artefact-2007.blogspot.com/2011/09/2.html

    Обсуждение  http://artefact-2007.blogspot.com/2011/09/blog-post_29.html

    Часть 3 http://artefact-2007.blogspot.com/2011/10/3_13.html
    Часть 4 http://artefact-2007.blogspot.com/2012/03/blog-post_21.html
    Часть 6  «Лекция Германа Верлинде в Российской Академии наук» http://artefact-2007.blogspot.com/2012/06/6.html

    «Энергия сверхмассивных черных дыр – вопросы без ответов» http://artefact-2007.blogspot.com/2012/01/blog-post_25.html

    «Апология необъяснимого». Часть 4. «Тайная история Вселенной» http://artefact-2007.blogspot.com/2012/01/blog-post.html

    «Тайна "темной энергии" почти раскрыта» http://artefact-2007.blogspot.com/2012/03/blog-post.html