Встреча

	От	Пуденко Сергей
	К	Пуденко Сергей
	Дата	23.05.2006 10:37:04
	Рубрики	Прочее; В стране и мире;

1 Глобальная Карта Вселенной. 2 Новая "музыка сфер"

СОБСТВЕННО, ДЛЯ ЧЕГО НУЖНЫ "СВЕРХГЛУБОКИЕ ОБЗОРЫ"

http://www.sciam.ru/news/2006/05/17/1191.html
17.05.2006

Глобальная карта вселенной - за темную материю

Исследуя свет удаленных умирающих галактик, астрономы составили самую
большую трехмерную карту Вселенной. Включив в нее 600 тысяч так
называемых люминесцентных красных галактик - древних галактик,
обладающих невероятной светимостью, ученые расширили Вселенную на 5,6
миллиардов световых лет, что составляет 40 процентов расстояния до края
видимой Вселенной.

Астрофизики Никхил Падманабхан (Nikhil Padmanabhan) из Принстонского
университета (Princeton University) и Дэвид Шлегель (David Schlegel) из
Национальной лаборатории им. Лоренса Беркли (Lawrence Berkeley National
Laboratories) возглавили работу международной команды ученых, которая
кропотливо изучали спектр и красное смещение 10 тысяч этих уникальных
древних галактик. Используя данные Слоановского цифрового обзора неба
(Sloan Digital Sky Survey), составленного с помощью телескопа в
Нью-Мексико и телескопа в Австралии, исследователи смогли нанести на
карту веерообразную область небосвода, которая покрывает одну десятую
площади северного полушария. Затем они применили эти измерения к более
широкой выборки и создали трехмерную карту звездного неба.

<Если каждый из космических объектов анализировать отдельно, то
существует статистическая неопределенность в определении соотношения
<яркость-расстояние> для 10 тысяч красных галактик из числа 600 тысяч, -
сообщает Падманабхан. - Фокус в том, что мы усредняем так много
объектов, что средняя величина дает нам очень полезную информацию об их
распределении>. Обладая такими данными по распределению материи,
исследователи получили возможность проверить закон, который основывается
на предположении регулярности расположения групп традиционной материи с
пространственным периодом порядка 450 миллионов световых лет. <К
сожалению, это не самый удобный масштаб, - замечает Шлегель. - Нам
пришлось перерабатывать выборки огромных объемов только для того, чтобы
изнутри проверить этот закон>.

Наглядно показав эту периодичность, глобальная карта Вселенной
подтверждает теорию существования темной материи и связанной с ней
энергии - загадочной силы, которая ускоряет расширение Вселенной. Ее
влияние больше, чем предполагалось. Предполагается, что 75 процентов
вещества Вселенной это темная материя. <Изучая пространственное
распределение вариаций плотности микроволнового реликтового фона на
протяжении 5,6 миллиардов световых лет, мы можем понять, правильны ли
наши оценки количества темной материи>, - замечает Падманабхан. В
настоящее время астрономам предстоит составить более точную карту
Вселенной, что может быть затруднительно, если так много материи в тени.
Этот материал будет опубликован в следующем номере журнала of Monthly
Notices of the Royal Astronomical Society.

Дэвид Билло

(полный текст статьи с многими картинками - по ссылке)
.
http://www.sciam.ru/2005/11/cosmology.shtml

ХОРОШО ЛИ НАСТРОЕНА ВСЕЛЕННАЯ?
Гленн Старкман,
Доминик Шварц
------------------------------------------------------------------------
--------

Таинственное несоответствие между теорией и наблюдениями "музыки"
космического микроволнового фона напоминает то, как если бы инструменты
в большом оркестре играли невпопад. Пока не ясно, ошибочны ли наши
наблюдения, или Вселенная сложнее, чем мы думали.

------------------------------------------------------------------------
--------

Вообразите фантастически большой оркестр, играющий уже 14 млрд. лет.
Сначала вам кажется, что музыка звучит гармонично. Но прислушайтесь:
что-то в ней не так. Оказывается, туба и контрабас выводят разные
мелодии! Подобный диссонанс "услышали" ученые в музыке космоса,
исполняемой микроволновым фоновым излучением, которое обычно называют
реликтовым, оно рассказывает о ранней истории Вселенной.

Вскоре после Большого взрыва в силу законов квантовой механики в
плотности энергии Вселенной возникли хаотические флуктуации. Они
увеличивались в размере и в конце концов стали современными скоплениями
галактик. Флуктуации напоминали звуковые волны, и этот "звук", гудевший
в космосе 14 млрд. лет назад, отпечатался в реликтовом излучении. Теперь
на небе мы видим карту данного "звука" в виде вариаций температуры
реликтового излучения.

Как и звуковые волны, флуктуации реликтового излучения можно
проанализировать, разложив их на отдельные гармоники, т.е. представив
набором чистых тонов различной частоты, что-то вроде разных инструментов
в оркестре. Оказывается, некоторые из этих гармоник звучат тише, чем
должны, и к тому же выводят неверную мелодию. Либо чрезвычайно успешная
во всех остальных вопросах стандартная космологическая модель дает здесь
сбой, либо что-то неладно с наблюдаемыми данными.

Последние десятилетия ученые развивали космологическую модель,
позволяющую понять многие наблюдаемые свойства Вселенной. Ее сейчас
считают стандартной: она верно указывает содержание самых легких
элементов (изотопов водорода, гелия и лития) и оценивает возраст
Вселенной (14 млрд. лет), согласующийся с оценками возраста наиболее
старых звезд. Модель предсказывает существование и высокую однородность
реликтового излучения и объясняет, как и почему возникли многие другие
свойства Вселенной.

В названии модели - ICDM (Inflationary Lambda Cold Dark Matter model),
инфляционная модель c л-членом и холодным темным веществом) - отражены
три ее важнейших компонента: процесс инфляции, космологическая
постоянная, обозначенная греческой буквой лямбда (Л), и невидимые
частицы, известные как холодное темное вещество (его часто называют
скрытой массой).

Согласно модели ICDM, инфляция была периодом чрезвычайно ускоренного
роста, который начался в первые же доли секунды после рождения Вселенной
и закончился вспышкой излучения, благодаря которой Вселенная настолько
велика, именно в такой мере заполнена веществом и так близка к
однородному состоянию. Модель объясняет также, почему Вселенная не
вполне однородна: потому что случайные квантовые флуктуации плотности
энергии были раздуты до размера скоплений галактик и даже еще больше.

Модель предсказывает, что после окончания инфляции сила гравитации
вызвала сжатие областей повышенной плотности, что привело к формированию
галактик и их скоплений. Процессу способствовало холодное темное
вещество, образовавшее огромные облака, заметить которые можно только по
их гравитационному влиянию. Космологическая постоянная (Л) - странная
форма антигравитации, ответственная за происходящее ныне ускорение
космологического расширения (см. "Космическая загадка", "В мире науки",
?12, 2004 г.).

Древний свет

Модель успешно объясняет многие свойства Вселенной, но когда астрономы
измерили флуктуации температуры реликта, возникли проблемы. Для
космологов реликтовое излучение - важнейший инструмент исследования
самых крупномасштабных характеристик Вселенной, самый древний свет,
возникший всего через несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва,
когда быстрое расширение и охлаждение Вселенной привело к превращению
плотной непрозрачной плазмы в прозрачный газ. Пропутешествовав 14 млрд.
лет, реликтовое излучение показывает нам сегодня картину ранней
Вселенной. Придя от самых дальних рубежей, оно представляет снимок
Вселенной в ее наиболее крупном масштабе.

В 1965 г. Арно Пензиас (Arno Penzias) и Роберт Вильсон (Robert Wilson)
из Bell Laboratories первыми обнаружили реликтовое излучение и измерили
его температуру. Сегодня ученые заняты выявлением флуктуаций, т.е.
различий в температуре (анизотропия) данного излучения, приходящего от
разных областей неба. Они и отражают флуктуации плотности в ранней
Вселенной.

В 1992 г. спутник COBE (Cosmic Background Explorer) впервые измерил эти
флуктуации; позже спутник WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)
помог составить карты с высоким разрешением.

С помощью моделей типа ICDM невозможно предсказать точную картину
флуктуаций, но можно рассчитать их статистические свойства, такие как
средний размер и диапазон размеров. Некоторые из этих характеристик дает
не только модель ICDM, но и другие простейшие инфляционные модели,
разработанные физиками в прежние годы в качестве возможной альтернативы.
Поскольку такие свойства прогнозируются различными инфляционными
моделями, их считают "общими" предсказаниями инфляции. Если теория
инфляции в принципе верна, то они должны выполняться независимо от
тонких деталей конкретной модели. Если бы одно из таких предсказаний не
оправдалось, то теории инфляции был бы нанесен серьезный удар. Проверить
это можно, измеряя аномалии реликтового излучения.

Предсказания теории лучше всего видны при разложении температурных
флуктуаций в спектр по модам, называемым сферическими гармониками; это
напоминает разложение музыкального звука на отдельные ноты (см. врезку
ниже). Пока колебания плотности не выросли и не превратились в
галактики, их можно рассматривать как звуковые волны во Вселенной. Если
разложение на отдельные моды кажется вам загадочным, то вспомните
аналогию с оркестром: каждая мода - отдельный инструмент, а вся
температурная карта небесной сферы - полное звучание целого оркестра.

Первое из общих предсказаний теории инфляции о флуктуациях реликтового
излучения - их статистическая изотропия. Иными словами, в распределении
флуктуаций по небу не должно проявляться предпочтительного направления -
ни ранее известного (например, направления земной оси), ни определенного
самим излучением.

Теория инфляции предсказывает также, что в диапазоне возможных значений
амплитуда каждой моды (по нашей аналогии - громкость каждого инструмента
в оркестре) должна быть случайной. В частности, распределение
вероятностей имеет колоколообразную форму, называемую гауссианой.
Некоторая средняя амплитуда в данном случае наиболее вероятна - это пик
кривой. Но есть и отличные от нее амплитуды, правда, чем больше отличие,
тем меньше ее вероятность. Каждая мода имеет свое гауссово
распределение, ширина которого (т.е. ширина основания колокола)
указывает, какая мощность (сколько звука) приходится на данную моду.

Теория инфляции утверждает, что амплитуды всех мод должны иметь гауссово
распределение с почти одинаковой шириной, поскольку инфляция, приводящая
к экспоненциальному расширению Вселенной, подобно космическому утюгу,
разглаживает все следы любых характерных масштабов. Итоговый спектр
мощности называют плоским из-за отсутствия у него каких-либо
особенностей. Существенные отклонения от плоского спектра должны быть
только у тех мод, которые возникли либо в самом начале, либо в конце
инфляции.

Микроволновое изображение неба получено спутником WMAP в K-полосе (23
ГГц, вверху), W-полосе (94 ГГц, внизу) и в трех других полосах спектра
(не показаны). Полная небесная сфера в проекции представлена эллипсом,
как географическая карта. Горизонтальная красная область - излучение
Млечного Пути. Подобное излучение переднего плана изменяется с переходом
от одной полосы спектра к другой, что позволяет отделять его от фонового
реликтового излучения.

Потерянные ноты

Сферические гармоники представляют собой различные типы колебания сферы.
Если мы присмотримся к ним, то заметим, где наблюдения приходят в
противоречие с моделью. Сферическими гармониками удобно пользоваться,
поскольку вся наша информация о далеких областях Вселенной проецируется
на единую сферу - на небо. Самый нижний тон (l=0) - монополь, когда
сфера пульсирует как целое. Монополь реликтового излучения - это его
средняя температура, всего лишь 2,725 K выше абсолютного нуля (см.
врезку).

Следующая по высоте нота (l=1) - диполь, у которого температура выше в
одном полушарии и ниже - в другом. Диполь возникает из-за эффекта
Доплера, поскольку Солнечная система движется относительно реликта; в
том направлении, куда движется Солнце, небо выглядит немного теплее.

В общем случае колебание для каждого значения l (0, 1, 2...) называют
мультиполем порядка l. Любую нарисованную на сфере карту, будь то
температура реликта или топография Земли, можно разложить на отдельные
мультиполи. На нашей карте температурных вариаций мультиполи нижних
порядков представляют обширные области - "океаны" и "континенты".
Мультиполи более высоких порядков последовательно представляют области
все меньшего размера - горы и долины, холмы и овраги, которые видны на
фоне более крупных структур. Вся сложная топография - сумма отдельных
мультиполей.

При анализе карт реликтового излучения каждый мультиполь l имеет
амплитуду Cl. Образно говоря, это средняя высота и глубина гор и долин,
соответствующих этому мультиполю, или средняя громкость данного
инструмента в оркестре. Полный набор амплитуд для всех возможных
значений l называется угловым спектром мощности. Космологи рисуют его в
виде графика, который начинается с C2, поскольку истинная информация о
флуктуациях реликта начинаются с l=2. Иллюстрация показывает угловой
спектр мощности, измеренный спутником WMAP, а также прогноз модели ICDM,
наиболее близко соответствующий этим наблюдениям. Измеренные амплитуды
двух мультиполей с наименьшими значениями l, C2 и C3, называемых
квадруполем и октуполем, значительно ниже модельных. Дефицит мощности у
мультиполей с малыми l впервые отметила команда COBE, а недавно
подтвердили и специалисты WMAP. В терминах топографии: крупнейшие
континенты и океаны оказались загадочно низкими и мелкими. В терминах
музыки: мы еле слышим контрабас и тубу.

Еще сильнее проявляется этот эффект, если вместо амплитуды сферических
функций (Cl) рассматривать так называемую угловую корреляционную функцию
C(). Вообразите, что вы изучаете на небе две точки, разделенные углом ,
и сравниваете, обе ли они горячее (или холоднее), или же одна из них
горячее, а другая холоднее, чем средняя температура неба. Функция C()
указывает степень корреляции температурных отклонений, среднюю для
всевозможных пар точек на небе, разделенных углом . Наблюдения
показывают, что C() в нашей Вселенной почти равна нулю для углов больших
приблизительно 60°; т.е. флуктуации в направлениях, разделенных более
чем на 60°, никак не связаны. Это еще раз указывает, что во Вселенной,
созданной инфляцией, низкие ноты отсутствуют.

Отсутствие широкоугольных корреляций сначала заметил COBE, а теперь
подтвердил и WMAP. Малость C() для больших углов означает не только то,
что C2 и C3 невелики, но и что отношение первых нескольких амплитуд, по
крайней мере, вплоть до C4, также является ненормальным. Слабость
спектра мощности при больших углах находится в поразительном
противоречии со всеми классическими моделями инфляции.

Здесь возможны три разгадки. Во-первых, необычный результат может
оказаться простой статистической случайностью. Скажем, неопределенность
в данных может быть больше, чем ее оценивают, что сделало бы результаты
наблюдений менее достоверными. Во-вторых, корреляции могли возникнуть
при обработке наблюдений, если анализ данных, полученных WMAP, был
проделан недостаточно аккуратно. Наконец, это может свидетельствовать о
недочетах в теории.

Некоторые авторы склоняются к первой возможности. Еще в 2003 г. Джордж
Эфстасио (George Efstathiou) из Кембриджского университета усомнился в
точности статистических методов, использованных для выделения
квадрупольной составляющей, и заявил, что опубликованные результаты
могут быть не столь уж надежны. С тех пор многие другие специалисты
критически рассматривали методику, использованную командой WMAP, для
определения Cl при малых l. Они заключили, что учет эффектов, вызванных
собственным излучением нашей Галактики, был не столь надежен, как
первоначально полагали исследователи.

ГАРМОНИКИ НЕБЕСНОЙ МУЗЫКИ
Когда ученые говорят, что некоторые инструменты в космическом
микроволновом фоне играют невпопад, то что они имеют в виду и как они
узнали об этом?
Исследователи реликтового излучения изучают флуктуации температуры,
измеренной во всех направлениях неба. Эти флуктуации они анализируют с
помощью математических функций, называемых сферическими гармониками.
Вообразите скрипичную струну, которая может издавать бесконечное
разнообразие звуков, даже если не укорачивать ее длину, зажимая пальцем.
Эти звуки (ноты) можно пометить числом n по количеству точек (узлов) на
струне, исключая ее концы, которые остаются неподвижными в процессе
звучания.

Нижнюю ноту, у которой нет узлов (n=0), называют основным тоном, или
основной модой. При этом все точки струны, кроме ее концов, движутся в
унисон (риc).

Нота с одним узлом (n=1) в середине - первый гармонический обертон, или
первая гармоника. В этом случае половина струны движется в одном
направлении, а другая половина - в другом (рис. внизу). Если вы споете
"до-ре-ми-фа-соль-ля-си-до", то последнее "до" будет первой гармоникой
основного тона первого "до". Нота с двумя равно отстоящими узлами -
вторая гармоника, и так далее.

Любое сложное колебание струны можно разложить на гармонические
составляющие. Например, изображенное ниже колебание можно рассматривать
как сумму фундаментальной моды (n=0) и четвертой гармоники (n=4).
Обратите внимание, что в этой сумме четвертая гармоника имеет меньшую
амплитуду (ее волны более мелки), чем фундаментальный тон. В аналогии с
оркестром инструмент ?4 играет тише, чем инструмент ?0. Обычно чем
сложнее колебание струны, тем на большее число гармоник его приходится
раскладывать.

Сферические гармоники обозначаются Ylm и представляют моды колебания
сферического "барабана". Поскольку поверхность сферы двумерна, нам для
описания мод понадобятся два числа - l и m. Для каждого значения l
(которые могут быть 0, 1, 2...) значения m могут быть любым целым числом
от -l до l. Комбинация всех нот с одинаковым значением l и различными
значениями m, каждая со своей собственной амплитудой (в акустических
терминах - громкостью), называется мультиполем.

Невозможно так же просто изобразить сферические гармоники, как мы
рисовали скрипичную струну. Мы же изобразим карту сферы, окрашенную в
соответствии с тем, имеет ли данная область температуру выше или ниже
средней. (Форма этой карты представляет развертку шара на плоскости, как
у географической карты Земли.) Монополь, у которого l=0, представляет
сферический барабан, все точки которого пульсируют в унисон.

У диполя (l=1) половина поверхности движется наружу (красный), а
половина - внутрь (синий). Возможны три дипольных моды (m = -1, 0, 1) в
трех перпендикулярных направлениях пространства (влево - вправо, вверх -
вниз, от нас - к нам).

Области зеленого цвета имеют среднюю температуру; эти линии узлов
подобны узлам скрипичной струны. С увеличением l растет и число узловых
линий.

Квадруполь (l=2) имеет пять мод, каждая с более сложной картиной
колебаний или изменения температуры на сфере.

Любую картину вариаций температуры на сферической поверхности мы можем
представить в виде суммы сферических гармоник, так же, как любое
колебание скрипичной струны можно представить в виде суммы гармонических
колебаний. В такой сумме каждая сферическая гармоника имеет свою
амплитуду, указывающую вклад этой гармоники в общую картину, т.е.
насколько громко играет этот "инструмент космического оркестра".

------------------------------------------------------------------------
--------

Загадочная ориентация

Чтобы выяснить, действительно ли теория расходится с наблюдениями,
несколько групп ученых решили использовать не только информацию о
величинах Cl, представляющих амплитуду соответствующих мод, но также
привлечь данные об ориентации каждого мультиполя. Например, диполь
указывает направление от "прохладной" к "теплой" половине неба.
Мультиполи более высоких порядков содержат еще больше информации о
направлениях. Если расхождение в амплитудах действительно вызвано лишь
игрой случая, тогда информация о направлениях, выведенная из тех же
данных, должна соответствовать прогнозу теории. Однако это оказалось не
так.

В 2003 г. Анжелика де Оливейра-Коста (Angelica de Oliveira-Costa) и Макс
Тегмарк (Max Tegmark) из Пенсильванского университета, Матиас Залдарряга
(Matias Zaldarriaga) из Гарвардского университета и Эндрю Гамильтон
(Andrew Hamilton) из Колорадского университета в Боулдере заметили, что
направления главных осей квадрупольной и октупольной мод очень близки
друг к другу и имеют дефицит амплитуды. А ведь большинство инфляционных
моделей предсказывает, что между этими модами не должно быть ничего
общего.

В том же 2003 г. Ганс Эриксен (Hans Kristian Eriksen) и его коллеги из
Норвежского университета в Осло выявили совпадение направлений. Они
разделили небо на всевозможные пары полушарий и вычислили относительную
амплитуду флуктуаций на противоположных половинках неба. Результат
работы полностью противоречил стандартной инфляционной космологии:
многие пары полушарий очень сильно различались по спектру мощности. Но
самым неожиданным оказалось то, что пара наиболее различающихся
полушарий оказалась в точности разделена эклиптикой - той плоскостью, в
которой лежит орбита Земли вокруг Солнца.

Это стало первым указанием на то, что флуктуации реликтового излучения,
которые считались в основном космологическим и, хотя и с некоторой
примесью неоднородностей галактического излучения, на самом деле
существенно "загрязнены" излучением Солнечной системы.

Тем временем один из нас (Старкман) вместе с Крэгом Копи (Craig Copi) и
Драганом Хатерером (Dragan Huterer) из Университета Западного резервного
района в Кливленде, шт. Огайо, развил новый метод представления
флуктуаций реликта в векторной форме. Это позволило нам (Шварц,
Старкман, Копи и Хатерер) проверить прогноз о том, что флуктуации
реликта не должны быть связаны с особыми направлениями во Вселенной.

В 2004 г. мы нашли также и неожиданные корреляции, подтвердившие
результаты Оливейра-Коста и ее коллег. Некоторые из векторов оказались
лежащими почти в плоскости эклиптики и расположенными неожиданно близко
к точкам равноденствия - тем двум точкам, где проекция земного экватора
на небесную сферу пересекается с эклиптикой. Те же самые векторы
оказались ориентированы подозрительно близко к направлению движения
Солнца во Вселенной. Другой вектор лежит очень близко к плоскости
Местного сверхскопления галактик, называемой сверхгалактической
плоскостью.

Каждое из данных совпадений имеет вероятность случайной реализации не
более 1/300. И, несмотря на то, что они не полностью независимы друг от
друга, вероятность их совместной случайной реализации заведомо меньше,
чем 1/10000 (без учета странных свойств мультиплетов низкого порядка).

Некоторые исследователи выразили опасение, что все результаты были
получены по полным картам "реликтового" неба. Казалось бы, их
использование дает преимущества, однако вдоль полосы Млечного Пути
данные о температуре реликтового излучения могут быть ненадежны. Чтобы
найти температуру реликта в данной полосе неба, нужно сначала вычесть
вклад в излучение, вносимый нашей Галактикой. А методы, использованные
командой WMAP и другими группами, возможно, недостаточно надежны.
Действительно, команда WMAP предостерегла других исследователей от
использования их полной карты неба; сами они выбрали для анализа только
области, лежащие вне Млечного Пути. Когда Юрош Сельяк (Uros Seljak) из
Принстона и Анже Шлозар (Anze Slosar) из Люблянского университета
исключили из анализа полосу Млечного Пути, они обнаружили, что в
некоторых диапазонах волн вероятность совпадения некоторых направлений
уменьшилась, а в других усилилась. Наша последующая работа показала, что
наблюдаемые корреляции не объясняются только влиянием Галактики. И
правда, было бы странно, если бы эффекты Млечного Пути объясняли
ориентацию реликтового излучения в плоскости Солнечной системы.

Связь между микроволновым фоном и Солнечной системой станет еще более
явной, если мы рассмотрим угловой спектр мощности. Помимо слишком низкой
амплитуды при малых l заметны еще три точки (l=22, l=40 и l=210), в
которых наблюдаемый спектр мощности значительно отличается от
предсказанного наиболее подходящей ICDM-моделью. Несмотря на то что
указанные различия были широко известны, от внимания большинства
космологов ускользнуло, что три отклонения также коррелируют с
эклиптикой.

Объяснить корреляцию между низкими модами реликта и структурой Солнечной
системы можно было бы одним из двух способов. Первый - ошибка в
конструкции приборов WMAP или неверный анализ полученных данных (так
называемая систематическая ошибка). Однако команда WMAP была предельно
осторожна и провела множество перекрестных проверок своих приборов.
Поэтому трудно представить, как могли бы возникнуть ложные корреляции.
Кроме того, мы нашли подобные корреляции и в картах, полученных
спутником COBE, который использовал совершенно иные приборы и методы
анализа.

Более вероятное объяснение состоит в том, что существует неучтенный
источник или поглотитель микроволновых фотонов, который связан с
Солнечной системой, например, неизвестное пылевое облако на ее
периферии. Но как получилось, что этот источник или поглотитель
излучения оказался заметным для приборов, изучающих реликтовое
излучение, но не был обнаружен другими астрономическими приборами в иных
диапазонах волн? Мы надеемся, что нам удастся достаточно детально
изучить источник переднего плана, чтобы освободить от его влияния данные
по реликту.

ЗАГАДКИ ОТ WMAP

Спутник WMAP передает данные, содержащие три загадки

1. УГЛОВОЙ СПЕКТР МОЩНОСТИ
Большинство измерений WMAP прекрасно согласуются с прогнозом
инфляционной модели с лямбда-членом и холодным темным веществом. Но две
первые наблюдательные точки (для квадруполя и октуполя) имеют аномально
низкую мощность.

2. УГЛОВАЯ КОРРЕЛЯЦИОННАЯ ФУНКЦИЯ
Функция связывает данные от точек на небе, разделенных определенным
углом. Кривые данных COBE и WMAP должны были бы следовать теоретической
кривой. Вместо этого они практически обращаются в нуль на разделениях
больше 600.

3. ОРИЕНТАЦИЯ ПЕРВЫХ ДВУХ МУЛЬТИПОЛЕЙ
Квадруполь (синий) и октуполь (красный) должны быть ориентированы
случайно, но вместо этого они тяготеют к точкам равноденствия (пустые
кружки) и к направлению движения Солнечной системы, определенному осью
диполя (зеленые точки). К тому же их оси лежат близ плоскости эклиптики
(фиолетовая линия). А две из них находятся в плоскости Сверхгалактики,
объединяющей нашу Галактику, соседние с ней звездные системы и их
скопления (оранжевая линия). Вероятность случайного совпадения данных
направлений - менее 1/10000.

------------------------------------------------------------------------
--------

Назад к пересмотру теории?

На первый взгляд, открытие локального искажения данных о реликтовом
излучении могло бы разрешить загадку слабости его крупномасштабных
флуктуаций. Но на самом деле это лишь усложняет проблему. Когда мы
вычтем вклад в излучение, связанный с гипотетическими объектами
переднего плана, оставшийся космологический вклад, вероятно, окажется
еще меньшим, чем считалось ранее. (Любое другое заключение потребовало
бы случайной, но точной взаимной компенсации между космологическим
вкладом и нашим предполагаемым источником переднего плана.) Тогда еще
сложнее было бы утверждать, что отсутствие в спектре мощности мод с
малыми l - всего лишь игра случая. Похоже, теория инфляции зашла в
тупик.

Статистически надежный вывод, что на больших масштабах флуктуации
реликта не так сильны, как ожидалось, может заставить нас вновь
пересмотреть представления о ранней Вселенной. Альтернативы классической
теории инфляции не столь уж привлекательны: можно было бы так подправить
нынешнюю модель инфляции, чтобы она не входила в конфликт с наблюдаемым
на больших масштабах спектром мощности. Но такие "заплатки" разрушают
красоту исходной модели, подобно тому, как дополнительные эпициклы,
вводимые в теорию Птолемея для согласования видимых движений планет с
предсказанием геоцентрической модели, в конце концов убили ее.

У космоса сложная топология. Если Вселенная конечна и обернута вокруг
себя, подобно кренделю, то колебательные моды в ней должны быть совсем
иными. Мы могли бы "на слух" распознать форму Вселенной, как мы
отличаем, скажем, звон церковного колокола от завывания ветра. При этом
нижние тона - крупномасштабные флуктуации - наиболее чувствительны к
форме (и размеру) Вселенной. Наша Вселенная могла бы иметь сложную
топологию, но быть раздутой инфляцией настолько сильно, что все
особенности топологии "убежали" за горизонт и стали почти неразличимыми.

Новые данные от спутника WMAP (не только о флуктуациях температуры неба,
но также и о поляризации его излучения) помогут нам различить источники
переднего плана. В 2007 г. Европейское космическое агентство запустит
обсерваторию "Планк", которая будет измерять реликтовое излучение в
большем количестве частотных диапазонов и c более высоким угловым
разрешением, чем WMAP. Несмотря на то что высокое угловое разрешение не
поможет разрешить загадку низкочастотных мод, наблюдение неба в
дополнительных микроволновых "цветах" позволит нам намного точнее
исправить систематические ошибки и учесть объекты переднего плана.
Космологические исследования продолжают преподносить сюрпризы. Мы ждем
новых открытий.

ОБЗОР: НЕБЕСНЫЙ ДИССОНАНС
Теория инфляционной модели c л -членом и холодным темным веществом
объясняет многие свойства Вселенной. Но при анализе некоторых
наблюдательных данных у нее обнаружились серьезные проблемы.
При изучении космического микроволнового фона возникли вопросы.
Пространственные флуктуации этого реликтового излучения астрономы
разделили на отдельные моды, подобно инструментам в оркестре. В рамках
этой аналогии оказалось, что в "небесном оркестре" контрабас и туба
играют не в лад, да еще и слишком тихо.
Данные наблюдений могут быть искажены, например, присутствием газа у
границ Солнечной системы. Но даже в этом случае некоторые выводы теории
инфляции ставятся под сомнение

ОБ АВТОРАХ :
Гленн Старкман (Glenn D. Starkman) и Доминик Шварц (Dominik J. Schwarz)
с 2003 г. работали в CERN. Старкман - профессор Центра образования и
исследований по космологии и астрофизике факультетов физики и астрономии
Университета Западного резервного района. Шварц занялся космологией
после окончания Венского технологического университета. Преподает в
университете г. Билефельд (Германия). Его основной научный интерес -
вещество Вселенной в ранний период эволюции.

-----