«Слон во Вселенной. 100 лет в поисках темной материи»
Как дисковые галактики сохраняют устойчивость
Большая часть массы вещества во Вселенной составляет невидимая субстанция. О том, что она существует, мы знаем только опосредованно и пока можем лишь догадываться о ее природе. В книге «Слон во Вселенной. 100 лет в поисках темной материи» (издательство «АСТ»), переведенной на русский язык Андреем Дамбисом, популяризатор науки Говерт Шиллинг рассказывает об астрофизических теориях, технологиях и экспериментах, которые приближают нас к пониманию темной материи. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом о том, как с ее помощью ученые объясняют устойчивость вращающихся дисковых галактик.
4Эффект Гало
«Мой муж говорит, что темная материя — это реальность, не просто выдумка подрастающих компьютеров, он может доказать, что она существует, что она повсюду создает незримое гало вокруг любого объекта и силой гравитации как-то не дает всему развалиться1.»
1Перевод Майи Лахути. — Прим. пер.
Эти шесть первых строк стихотворения «Темная материя и темная энергия», написанного в 2015 году признанным поэтом Алисией Острайкер, замечательно и кратко характеризуют суть ранних работ ее мужа, астрофизика-теоретика Джереми Острайкера. Оба они пытались охватить мыслью загадку: Алисия — тщательно выводя строки на белом листе, а Джерри — лихорадочно записывая на доске уравнения. Пока что ни один из этих подходов не привел к успеху. Как написано в девятой строке стихотворения2, «Мы не знаем, что это, но знаем, что оно реально».
2Смотрите полный текст стихотворения Алисии Саскин Острайкер «Темная материя и темная энергия» на странице https://poets.org/poem/dark-matter-and-dark-energy.
Джерри Острайкер спешил. Он собирался на конференцию, посвященную рождению черных дыр, до начала которой оставалось меньше часа. Рассказать про загадки! Но ведь времени вполне хватит, чтобы обсудить его работы 1970-х годов, посвященные гало из темной материи, не так ли? В небольшом аккуратном рабочем кабинете на 11-м этаже корпуса Пьюпина в Колумбийском университете Острайкер с ходу начинает свой рассказ, сопровождаемый уравнениями, которые он тут же пишет на листке в блокноте. Время от времени он подходит с мелом в руке к висящей на стене доске, чтобы пояснить свои соображения при помощи формул и наспех набросанных графиков.
Невысокий, лысеющий, дружелюбный и при этом напористый человек восьмидесяти с небольшим лет, и да — спешащий. Острайкер мечтает дожить до решения загадки или даже сам его найти. Последние пару лет он был увлечен идеей «размытой» темной материи (подробнее о ней рассказывается в главе 24). Идея, пожалуй, сумасшедшая, но пока никто не смог ее опровергнуть. По словам Острайкера, шанс, что она окажется верной, около 50 процентов. Но на подробные объяснения уже нет времени — «Почитайте мою статью».
Это забавно, потому что в 50-х годах прошлого века астрономия для него была далеко не на первом месте. Острайкер изучал химию и физику. Но, прочтя в журнале Fortune статью о великом астрофизике Субраманьяне Чандрасекаре, он решил подать заявление в аспирантуру Чикагского университета — знаменитый индийско-американский ученый работал там в Йеркской обсерватории, занимаясь теоретическими исследованиями эволюции звезд и при этом еще был редактором престижного журнала Astrophysical Journal.
Чандрасекар наиболее известен своими работами, посвященными белым карликам — сверхплотным звездам, примерно равным по массе Солнцу и при этом по размеру сравнимым с Землей. Через несколько миллиардов лет, в конце своей жизни, наше Солнце сожмется, превратившись в такой же странный компактный объект, у которого масса каждого кубического сантиметра будет сравнима с массой целого внедорожника. Сжатие Солнца будет сопровождаться очень сильным ускорением его вращения. Главная тема диссертации Острайкера — это устойчивость таких быстровращающихся белых карликов. Если белый карлик раскрутится до достаточно большой скорости, то он начнет терять массу, разваливаться или что? Острайкер все еще продолжал биться над проблемой устойчивости, когда перебрался в Кембриджский университет на должность постдока под руководством астрофизика Дональда Линден-Белла. Это было в середине 1960-х годов. Стивен Хокинг тогда еще был студентом Кембриджского университета.