Posleslovie k knige Ya. Einasto
Yaan Einasto – kosmolog 21-go veka
Yaanu El'marovichu Einasto, astronomu Tartuskoi observatorii v Estonii, prinadlezhat po krainei mere dva krupneishih dostizheniya v astronomicheskoi nauke. Eto otkrytie temnoi materii v galaktikah (1974 g.) i obnaruzhenie yacheistoi struktury Vselennoi (1997 g.). Issledovaniya v etih oblastyah nauki o Vselennoi aktivno prodolzhayutsya i razvivayutsya v nashi dni vo vsem mire. Vmeste s izucheniem temnoi energii oni sostavlyayut perednii krai kosmologii 21-go veka.
Yaan Einasto (YaE) uchilsya v znamenitom Tartuskom universitete i po okonchanii ego v 1952 g. prishel v Tartuskuyu observatoriyu im. V.Struve, gde i rabotaet do sih por. Ego glavnym uchitelem v nauke byl Grigorii Grigor'evich Kuzmin, avtor klassicheskih rabot po zvezdnoi dinamike, vysoko cenimyh specialistami. Veroyatno, ot Kuzmina YaE vosprinyal vkus k tonkim fizicheskim effektam v dinamike zvezdnyh sistem. Mnogoletnie sobstvennye issledovaniya v etom napravlenii priveli YaE v itoge k predstavleniyu o temnyh galo (ili koronah) galaktik. Do rabot YaE, vypolnennyh im sovmestno s Ennom Saarom i Antsom Kaasikom, my ne znali, chto nasha Galaktika, Mlechnyi Put', tak velika po razmeru i tak massivna.
Izmerenie mass galaktik - zadacha v astronomii ochen' trudnaya. Ee vpervye udalos' reshit' dlya znamenitoi Tumannosti Andromedy, gigantskoi spiral'noi galaktiki, blizhaishei sosedke Mlechnogo Puti. «Vzvesil» Andromedu v 1918 g. Ernst Karlovich Epik, 25-letnii vypusknik Moskovskogo universiteta, rodom iz Estonii, rabotavshii togda v Moskve (pozdnee on vernulsya v Estoniyu, v Tartu, gde luchshim ego uchenikom byl Kuzmin, a zatem uehal snachala v Germaniyu, a potom v Severnuyu Irlandiyu). Epik vospol'zovalsya tol'ko chto poluchennymi na Observatorii Maunt Vilson (Kaliforniya) spektrami Tumannosti Andromedy. Ostaetsya tol'ko udivlyat'sya, kak bystro zhurnal s etimi dannymi dostig Moskvy v stol' smutnoe vremya, i kak bystro Epik sumel sdelat' svoyu pionerskuyu rabotu, da eshe i predstavit' ee na odnom iz seminarov v Moskve - vse eto v techenie odnogo 1918-go goda. Po naklonu linii v spektre Andromedy on opredelil skorost' vrasheniya galaktiki, a zatem predpolozhil, chto galaktika kak celoe nahoditsya v ravnovesii pod deistviem centrobezhnyh sil, porozhdaemyh ee vrasheniem, i sil tyagoteniya, sozdavaemyh massoi samoi galaktiki. Pri etom zvezdy dvizhutsya po krugovym orbitam vokrug centra galaktiki - kak planety vokrug Solnca. Eto pozvolilo dat' ocenku massy galaktiki: okazalos', chto ona sostavlyaet priblizitel'no sto milliardov mass Solnca.
No eto eshe ne vsya massa galaktiki, a tol'ko massa toi ee yarkoi central'noi oblasti, svet ot kotoroi ulavlivaetsya teleskopom i analiziruetsya spektrometrom. Tak chto, strogo govorya, Epik nashel svetyashuyusya zvezdnuyu massu Andromedy v predelah radiusa poryadka 10 kiloparsek (kpk) ot centra zvezdnoi sistemy. S etogo nachalas' istorii vzveshivaniya galaktik. Zatem byli raboty Frica Cvikki, zametivshego v 1933 g. nevidimyi izbytok tyagoteyushei massy v skoplenii galaktik Koma, i model' Kanna-Volt'e 1959 goda, ukazyvavshaya na dopolnitel'nuyu massu v Mestnoi gruppe galaktik, vklyuchayushei v sebya Mlechnyi Put' i Tumannost' Andromedy. A kul'minaciya etoi istorii prihoditsya na 1974 god, kogda YaE i ego sotrudniki opublikovali v zhurnale Nature stat'yu pod nazvaniem «Dinamicheskoe ukazanie na sushestvovanie massivnyh koron galaktik».
Avtory privlekli nablyudatel'nye dannye o malyh galaktikah-sputnikah, obrashayushihsya vokrug samyh krupnyh galaktik. Dvizheniem karlikovyh sputnikov upravlyaet polnaya massa, zaklyuchennaya vnutri ih orbit, a eti orbity vyhodyat daleko za predely vidimogo zvezdnogo tela krupnoi galaktiki, ih radiusy 5-10 raz bol'she radiusa zvezdnoi sistemy. Esli schitat', sleduya Epiku, chto na krugovoi orbite sputnika deistvuyushaya na nego sila prityazheniya k centru uravnoveshivaetsya centrobezhnoi siloi, mozhno poluchit' predstavlenie o polnoi masse galaktiki - kak vidimoi, tak i nevidimoi. Okazalas', chto eta polnaya massa raz v 5-10 bol'she massy vseh zvezd tipichnoi krupnoi galaktiki. Prichem dopolnitel'naya nevidimaya massa galaktiki obrazuet protyazhennoe galo vokrug zvezdnoi sistemy, kotoroe v 5-10 raz bol'she po razmeru, chem sama zvezdnaya sistema.
Vskore eto otkrytie nashlo pryamoe i ubeditel'noe podtverzhdenie v rabotah amerikanskih astronomov Dzhima Piblsa, Dzheremaii Ostraikera, Amosa Yahila, Very Rubin i drugih. K seredine 1980-h gg. predstavlenie o temnyh galo galaktik stalo obsheprinyatym. Teper' my znaem, chto zvezdnaya sistema nashei Galaktiki Mlechnyi Put' imeet radius okolo 10 kpk, i ona pogruzhena v temnoe galo, kotoroe prostiraetsya do rasstoyanii 100-150 kpk ot centra sistemy. Temnaya massa Galaktiki raz v 10 bol'she massy vseh zvezd Mlechnogo Puti. Primerno tak zhe ustroena Tumannost' Andromedy i vse drugie krupnye galaktiki. Temnye korony galaktik - universal'nyi fenomen prirody.
Nevidimuyu massu, zapolnyayushuyu galo galaktik, nazyvayut teper' temnoi materiei. Postepenno bylo osoznano, chto ee nositelyami ne mogut byt' protony, neitrony i elektrony, to est' obychnoe veshestvo, iz kotorogo sostoyat Solnce i zvezdy, planety i Zemlya i vse, chto na nei. Skoree vsego, eto massivnye (v sotni raz tyazhelee protona) nevedomye ranee elementarnye chasticy, kotorye ispytyvayut tol'ko gravitacionnoe i elektroslaboe vzaimodeistvie. Ih poiski vedutsya seichas v ryade bol'shih fizicheskih laboratorii. Est' nadezhda, chto temnye chasticy obnaruzhat sebya takzhe na Bol'shom Adronom Kollaidere, kogda eta gigantskaya eksperimental'naya ustanovka zarabotaet na polnuyu mosh'.
V obshem balanse massy/energii Vselennoi na temnuyu materiyu prihoditsya 20-25%, a na obychnoe veshestvo - ne bolee 5%. Ostal'nye 70-75% – temnaya energiya, zagadochnaya antigravitiruyushaya sreda, otkrytaya astronomami-nablyudatelyami v 1998-99 gg. Ona ravnomerno zapolnyaet vse prostranstvo Vselennoi i, veroyatnee vsego, opisyvaetsya einshteinovskoi kosmologicheskoi postoyannoi, vvedennoi v fiziku eshe v 1917 g. Fizicheskaya priroda temnoi materii i temnoi energii - central'naya zadacha vsei fundamental'noi fiziki i astronomii novogo veka.
Interesno, chto temnaya energiya s ee antityagoteniem sposobna chastichno ili dazhe polnost'yu «kompensirovat'» tyagotenie temnoi materii i obychnogo veshestva. Privedem tol'ko odin primer, otnosyashiisya k nashemu blizhaishemu galakticheskomu okruzheniyu. Na rasstoyanii primerno v 1,5 megaparseka ot centra Mestnoi gruppy tyagotenie ee temnoi materii i obychnogo veshestva tochno kompensiruetsya antityagoteniem, sozdavaemym odnorodnym fonom temnoi energii. V rezul'tate na sfere takogo radiusa net ni tyagoteniya, ni antityagoteniya. Vnutri sfery nulevogo tyagoteniya preobladaet tyagotenie, a vne ee - antityagotenie. Otsyuda yasno, v chastnosti, chto dinamicheskii metod ocenki mass v duhe Epika nuzhdaetsya teper' v opredelennom utochnenii s uchetom effekta temnoi energii: bez etogo ocenka massy temnoi materii v sistemah galaktik byla by zametno zanizhennoi.
Prisutstvie v mire temnoi energii zastavlyaet zanovo vzglyanut' na starye i novye problemy kosmologii. Sredi nih osobenno interesen vopros o samyh krupnyh obrazovaniyah vo Vselennoi. Davno izvestno, chto sushestvuyut bol'shie skopleniya galaktik, ob'edinyayushie tysyachi galaktik, podobnyh Mlechnomu Puti. Imeyutsya takzhe i sverhskopleniya, uploshennye obrazovaniya, v kotorye vhodit obychno neskol'ko skoplenii. Ih razmery dostigayut sotni megaparsek. Neredko v sverhskopleniyah (a takzhe i vne ih) nablyudayutsya cepochki galaktik – filamenty, kotorye okazyvayutsya vytyanutymi v ploskosti sverhskopleniya. Nakonec, sverhskopleniya razdelyayut ogromnye «pustye» ob'emy s razmerami v te zhe primerno 100-150 megaparsek, v kotoryh prakticheski net galaktik, – eto tak nazyvaemye voidy.
YaE pervym sredi astronomov obratil vnimanie na voidy kak na bazovyi element krupnomasshtabnogo ustroistva Vselennoi. Yakov Borisovich Zel'dovich zametil vazhnuyu rol' sverhskoplenii i voidov v fizicheskom processe formirovaniya kosmicheskih struktur samogo bol'shogo masshtaba. Zel'dovich, YaE i Sergei Fedorovich Shandarin (sotrudnik Yakova Borisovicha) opublikovali v Nature v 1982 g. stat'yu pod nazvaniem «Gigantskie voidy vo Vselennoi», kotoraya vyzvala neobychaino bol'shoe chislo otklikov. No eto byl tol'ko pervyi shag k glavnoi celi issledovaniya, dostizhenie kotoroi potrebovalo eshe pyatnadcati let upornogo truda. V itoge tshatel'nogo analiza nablyudatel'nogo materiala, mnogochislennyh diskussii (vremenami ves'ma ostryh) s kollegami v raznyh stranah, gde aktivno rabotali gruppy energichnyh kosmologov (kosmologiya stala k tomu vremeni uzhe pochti chto massovoi professiei) v tom zhe zhurnale v 1997 g. poyavilas' stat'ya YaE i eshe devyati avtorov, kotoraya nazyvalas' «Periodichnost' masshtaba 120 megaparsek v trehmernom raspredelenii sverhskoplenii galaktik».
Klyuchevoe slovo zdes' - periodichnost'. Avtory utverzhdayut, chto imeetsya opredelennogo roda regulyarnost' i povtoryaemost' v obshem ustroistve mira: sverhskopleniya, filamenty i voidy skladyvayutsya v nekoe podobie yacheistoi struktury. Eto kakie-to gigantskie trehmernye kruzheva, v kotoryh uzor bolee ili menee chetko povtoryaetsya s shagom primerno v 120 megaparsek. Konechno, ni o kakoi strogoi simmetrii tipa toi, chto izvestna v kristallicheskih reshetkah, rechi zdes' ne idet. Odnako harakternyi masshtab v 100-150 megaparsek opredelenno prosmatrivaetsya. Yacheistaya struktura s ee kvaziperiodichnost'yu – fenomen samogo krupnogo kosmicheskogo masshtaba. Na yacheikah obryvaetsya ierarhiya kosmicheskih struktur, i v masshtabah 300-1000 megaparsek raspredelenie svetyashegosya i temnogo veshestva Vselennoi okazyvaetsya v srednem odnorodnym.
Po slovam YaE, «poka neyasno, stanet li otkrytie uporyadochennosti v stroenii mira nauchnoi revolyuciei». Za poslednie gody v kosmologii sdelano nemalo dlya izucheniya samyh krupnyh struktur, i vo vsyakom sluchae novye rezul'taty ne protivorechat koncepcii yacheistoi struktury. Rabota prodolzhaetsya, prichem odna iz glavnyh zadach teper' - postarat'sya ponyat', kak i pochemu voznikayut kosmicheskie kruzheva. Dlya etoi celi gruppa YaE vedet obshirnye sistematicheskie raboty po komp'yuternomu modelirovaniyu proishozhdeniya i evolyucii krupnomasshtabnyh kosmicheskih struktur. Stoit zametit', chto slozhneishie kosmologicheskie raschety s uchetom kosmologicheskoi postoyannoi byli vpervye nachaty v gruppe YaE eshe do otkrytiya temnoi energii.
Kak skazal odin iz zapadnyh astronomov starshego pokoleniya, «v nauchnyh sporah Yaan ran'she ili pozzhe okazyvalsya prav; kazhetsya, on budet prav i na etot raz».
Za ramkami etogo kratkogo ocherka, priurochennogo k yubileyu Yaana El'marovicha, ostalis' ego vazhnye issledovaniya mnogokomponentnyh modelei galaktik, ego isklyuchitel'no plodotvornaya deyatel'nost' po proektirovaniyu i stroitel'stvu astronomicheskih priborov i instrumentov dlya Tartuskoi observatorii, ego uspeshnaya obshestvennaya i politicheskaya rabota v kachestve odnogo iz rukovoditelei Estonskoi akademii nauk, deputata parlamenta nezavisimoi Estonii.
Astronomy GAISh MGU zhelayut nashemu dobromu drugu i kollege krepkogo zdorov'ya, novyh dostizhenii v nauke. I kak minimum dovesti do polnoi pobedy uvlekatel'nuyu i grandioznuyu koncepciyu yacheistoi struktury mira!
A.D. Chernin
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Kosmologiya - temnaya materiya - galaktiki
Publikacii so slovami: Kosmologiya - temnaya materiya - galaktiki | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
