Как заглянуть в прошлое Вселенной. Суть Нобелевской премии по физике в 100 и 500 словах

Николай ВоронинКорреспондент по вопросам науки

Image captionСлева направо: Джеймс Пиблс, Мишель Майор, Дидье Кело

Нобелевскую премию 2019 года по физике - "за вклад в понимание эволюции Вселенной и места Земли в космосе" - разделили пополам.

Одну половину получил американец Джеймс Пиблс из Принстонского университета - за теоретические открытия в области физической космологии. Вторую разделили Мишель Майор Университета из Женевы и Дидье Кело из Кембриджа - за открытие экзопланеты, вращающейся вокруг звезды солнечного типа.

"Лауреаты этого года помогли ответить на основополагающие вопросы нашего бытия, - говорится в заявлении Нобелевского комитета. - Что происходило на самых ранних этапах существования Вселенной и что случилось потом? Существуют ли где-то другие планеты, вращающиеся вокруг других звезд?"

Как было сказано на церемонии объявления лауреатов, вместе открытия этих ученых "обрисовали картину Вселенной, которая оказалась куда загадочнее и удивительнее, чем мы могли себе вообразить".

Русская служба Би-би-си коротко (в 100 словах) и чуть подробнее (в 500 словах) объясняет, в чем суть этих фундаментальных открытий.

Полвека назад ученые обнаружили, что до Земли до сих пор долетают отголоски Большого взрыва - фотоны, образовавшиеся еще на самых ранних этапах существования Вселенной.

Было понятно, что эти древние частицы могут много рассказать об эволюции Вселенной, но для этого их нужно было сначала "расшифровать". Именно это удалось Джеймсу Пиблсу: его открытия помогли заглянуть на миллиарды лет назад и сделать целый ряд предсказаний об устройстве Вселенной, которые позже были подтверждены экспериментально.

А Мишель Майор и Дидье Кело обнаружили первую планету за пределами Солнечной системы, обращающуюся вокруг звезды того же типа, что и наше Солнце.

Это открытие навсегда изменило наши представления о Вселенной - так мы узнали, что существуют другие миры, и на некоторых из этих планет вполне возможно существование жизни.

В 1965 году американские физики Арно Пензиас и Роберт Вильсон обнаружили удивительное тепловое излучение, происходящее из непонятного источника и равномерно заполняющее все космическое пространство.

Так было получено экспериментальное подтверждение теории Большого взрыва. Странное излучение оказалось его отголоском - почти таким же древним, как сама Вселенная, возникшим на самых ранних этапах ее существования. Именно поэтому русскоязычные ученые называют это излучение реликтовым, в английской литературе чаще употребляется термин "космический микроволновый фон".

Мы ничего не знаем о том, что было до Большого взрыва, произошедшего около 14 млрд лет назад. Однако мы знаем, что началось сразу после: Вселенная, представлявшая собой сгусток раскаленной плазмы, начала быстро расширяться - и параллельно остывать.

Примерно через 400 тысяч лет она расширилась и остыла настолько, что стала "прозрачной" - фотоны перестали непрерывно наталкиваться на другие частицы и стали свободно перемещаться в пространстве. Эти древние кванты света и составляют космический микроволновый фон.

Но обнаружить реликтовое излучение - все равно, что найти древний текст на неизвестном мертвом языке. Чтобы его прочесть, необходимо разобрать загадочные письмена и перевести их - изложить в доступной для понимания форме.

Джеймс Пиблс смог это сделать при помощи языка математики, заложив таким образом основы теоретической космологии. Ему удалось предсказать целый ряд эффектов реликтового излучения, в том числе его роль в формировании галактик. Дальнейшие расчеты помогли подтвердить гипотезы о существования холодной темной материи (которая не испускает электромагнитного излучения) и темной энергии, которая объясняет всё ускоряющееся расширение Вселенной.

Более поздние наблюдения и данные спутников подтвердили правоту предположений американского физика. Теперь мы знаем, что привычная нам материя - то есть всё, что наука изучала на протяжении тысячелетий - составляет лишь 5% от всей энергии, содержащейся в нашей Вселенной.

На темную материю приходится еще 26%, на темную энергию - 69%. Природу этих загадочных гипотетических компонентов нам еще только предстоит понять.

Тысячи новых миров

В октябре 1995 Мишель Майор и Дидье Кело открыли новую страницу в истории космоса, объявив об обнаружении первой экзопланеты (то есть планеты за пределами нашей Солнечной системы) на орбите звезды солнечного типа.

До этого у ученых не было ответа на вопрос, существуют ли в принципе какие-либо другие планеты, обращающиеся вокруг известных нам звезд. В отличие от горячих светил, их холодные спутники не излучают света - так что для поиска экзопланет приходится использовать косвенные доказательства.

Изначально новую планету называли Беллерофон, однако позже она получила официальное название Димидий. Вращается этот газовый гигант вокруг звезды Гельветиос, расположенной на расстоянии примерно 50 световых лет в созвездии Пегаса и относящейся к типу желтых карликов - как и наше Солнце.

Димидий принадлежит к классу "горячих юпитеров", то есть по массе сравним с самой тяжелой планетой нашей Солнечной системы, но расположен настолько близко к своей звезде, что его орбита на порядок меньше орбиты Меркурия.

Именно это и помогло его обнаружить. Столь массивный спутник на столь близкой орбите (полный оборот вокруг Гельветиоса планета делает всего за 4,23 суток) заставляет свою звезду слегка колебаться относительно Земли, поскольку оба удаленных объекта вращаются вокруг общего центра масс. Это колебание было замечено учеными и легло в основу открытия Майора и Кело.

За прошедшие с тех пор 24 года было обнаружено уже более 4000 экзопланет. Среди них есть и те, что похожи на Землю - не исключено, что там есть условия, в которых может существовать жизнь.

Аркадий Красильщиков

среда, 9 октября 2019 г.