Барри Паркер - Мечта Эйнштейна. В поисках единой теории строения
Система Маркаряна 205-NGC-4319. Арн полагает, что объекты в ней взаимосвязаны
После защиты диссертации Арн приступил к работе на 200-дюймовом рефлекторе Паломарской обсерватории. Вскоре его заинтересовали необычные галактики – системы, состоящие из одной или более галактик с особенностями. В одних случаях это две или более взаимодействующих галактик, в других – галактики с искажёнными или неправильной формы рукавами. Арн составил атлас фотографий таких объектов и опубликовал его.
Квазар в созвездии Дракона (Маркарян 205)
Однажды его внимание привлекла странная галактика, рядом с которой находилось несколько компактных радиоисточников. Он решил посмотреть и на другие такие необычные галактики и обнаружил, что вокруг них также есть компактные радиоисточники (многие из них – квазары). Исходя из этого Арн выдвинул гипотезу о том, что эти компактные объекты выбрасываются из необычных галактик. Однако большинство астрономов не приняли эту гипотезу всерьёз.
Арн продолжал свои наблюдения и обнаружил ещё более странные объекты. В одном из наиболее интенсивных радиообъектов NGC-520 (номер по новому сводному каталогу) оказалась цепочка из четырёх квазаров. Неужели это просто совпадение? Арн был убеждён, что нет. После этого он изучил систему, которая вызвала затем больше всего споров. В этой системе, состоящей из галактики NGC-4319 и квазара Маркаряна 205, похоже, есть мостик, соединяющий квазар с галактикой. Несмотря на то что объекты кажутся взаимосвязанными, судя по величине красного смещения, их разделяют миллионы световых лет – галактика удаляется со скоростью 0,6% скорости света, а квазар – со скоростью 7% световой.
Неужели это возможно? Большинство астрономов было уверено, что мостик – лишь иллюзия, связанная с наложением двух объектов на снимке. Они полагали, что на самом деле квазар находится гораздо дальше галактики. Однако Арн сфотографировал систему на частоте линии излучения водорода, и на снимке мостик по-прежнему остался на месте. Более того, у него оказалась весьма чётко очерченная граница, чего не было бы в случае иллюзии. Если бы квазар находился далеко за галактикой, наблюдалось бы явное сужение к центру, чего на самом деле нет.
Первые фотокарты с изофотами (линиями одинаковой яркости) были получены в 1974 году астрономами Ликской обсерватории. Они пытались обнаружить возмущение в направлении мостика, но ничего не нашли. Однако изучали они только дальние, слабые объекты, что не удовлетворило Арна. Он вместе с двумя коллегами занялся изучением более ярких внутренних изофот и обнаружил там возмущение. Возмущение не было направлено точно к квазару, но, по мнению Арна, это связано с поворотом галактики уже после выброса квазара.
Есть и другие подобные примеры. Галактика NGC-7603 имеет длинный светящийся рукав, заканчивающийся на соседней галактике, т.е. между ними как будто есть связь. В то же время у соседки красное смещение вдвое больше, чем у NGC-7603. Противоречивые результаты дают и наблюдения некоторых скоплений. Так, долгое время считалось, что Пегас – тесно связанная группа из пяти галактик, но измерения показали, что у одной из галактик красное смещение гораздо меньше, чем у других, т.е. она должна быть гораздо ближе к нам, чем остальные. Однако выходящая из неё длинная светящаяся струя вещества по-видимому взаимодействует с другой галактикой.
Недавно Арн занялся наблюдениями в Южном полушарии и опубликовал «Каталог необычных галактик и скоплений южного неба». И здесь оказалось много аномалий. Одним из наиболее интересных объектов является спираль с тремя рукавами (у большинства спиралей два рукава), в одном из которых имеется утолщение. Арн измерил его красное смещение из чистого любопытства и с изумлением обнаружил, что оно в четыре раза больше, чем у самой галактики.
Пегас
Скрывается ли что-нибудь за этими фактами или все они – лишь случайные совпадения? По мнению Арна, нужно учитывать, что сейчас известны уже 38 объектов с несогласующимися красными смещениями в 24 различных галактиках. Как он уверяет, их число так велико, что просто отмахнуться от этой проблемы невозможно. Арн убеждён, что по крайней мере в некоторых случаях космологическая интерпретация красного смещения (т.е. толкование его как меры скорости разбегания объектов после Большого взрыва) неверна.
Однако большинство астрономов не согласно с аргументацией Арна. Они полагают, что все несообразности как-то в конце концов разъяснятся, возможно, окажутся случайностями или оптическими иллюзиями, так что теперешняя интерпретация красного смещения не пострадает.
Альтернативные космологии
Поскольку теория Большого взрыва не даёт ответа на все важные вопросы космологии, а может быть, потому, что некоторые астрономы хотят на всякий случай иметь другие варианты, в последние годы появился ряд альтернативных теорий. Наибольшее внимание привлекает инфляционная теория, лишь немного отличающаяся от теории Большого взрыва в описании самых ранних моментов развития Вселенной. Другие же теории различаются весьма значительно. Следует, однако, сразу отметить, что наличие ряда альтернативных космологических теорий вовсе не свидетельствует о том, что учёных не удовлетворяет теория Большого взрыва. Напротив, большинство астрономов твёрдо уверено в её справедливости. У каждой из альтернативных теорий есть очень небольшая группа приверженцев, а противоречий почти все они содержат гораздо больше, чем теория Большого взрыва.
Основная альтернативная теория Большого взрыва была выдвинута в 1948 году. Автором её был Томми Голд; он вместе с Германом Бонди и Фредом Хойлом организовал семинар по обсуждению космологических проблем. В то время теория Большого взрыва ещё не получила всеобщего признания, и Хойла в ней многое не устраивало. Если бы Вселенная образовалась в результате взрыва и до сих пор находилась в состоянии расширения, галактики должны были бы как бы утоньшаться, хотя на самом деле ничего подобного не наблюдается. Голд предположил, что, возможно, никакого взрыва не было и взамен выдвинул идею «устойчивого состояния» Вселенной, при котором вещество создаётся между галактиками. Вселенная, по Голду, всегда была такой, как сегодня, и всегда будет пребывать в устойчивом состоянии.
Так родилась теория устойчивого состояния, которая развивалась на протяжении ряда лет. Один из её самых горячих сторонников – Фред Хойл, крупный специалист в области космологии; он много пишет о ней, в том числе и в популярных статьях. Хойл вырос в Англии, закончил Кембриджский университет и работал в нём несколько лет. Он не только внёс значительный вклад в космологию, но и написал несколько отличных научно-фантастических романов. Один из них – «Чёрное облако» [переведён на русский язык – Прим. перев.] – вызвал значительный интерес. В нём рассказывается о космическом облаке газа и пыли, обладающем способностью мыслить и действовать. На основе романа сделали хорошее представление для планетария. Помимо того, Хойл заядлый шахматист и автор музыкальной комедии.
Фред Хойл (слева)
Самый молодой из троих – Голд, сейчас работает в Корнеллском университете. На протяжении ряда лет он занимался космологией, физикой плазмы, радиоастрономией и физикой планет. Недавно, вспоминая о создании теории устойчивого состояния, Голд заметил: «По-настоящему глубоко я стал разбираться в науке благодаря Бонди, с которым общался во время войны. Мы втроём, Герман Бонди, Фред Хойл и я, работали и жили вместе. Вечерами делать было нечего, и мы обсуждали различные космологические проблемы… Бонди, как наиболее способный в математике, обучал меня динамике и тому подобному».
Часто говорили о космологии, хотя, как признает Голд, их тогдашние познания в этой области были в основном почерпнуты из популярных книжек Джинса и Эддингтона. Хойл расхаживал взад и вперёд и громко вопрошал: «О чём в действительности свидетельствуют наблюдения Хаббла? А если они неверны?». Бонди обычно сидел на полу по-турецки и, поймав на лету новое предположение, принимался быстро его обсчитывать. Потом он признавался, что временами сам не понимал, что считает.
Троица продолжала собираться и после войны. Однажды в 1946 году они отправились на фильм ужасов (как смутно помнит Хойл, он назывался «Глухой ночью»). Фильм заканчивался тем же, чем начинался, т.е. не имел конца, как стишок «У попа была собака…». На Голда это произвело сильное впечатление и позднее, как вспоминает Хойл, он задал друзьям вопрос: «А что, если так устроена и Вселенная?».
Поначалу на его мысль никто особого внимания не обратил. Прошло больше года, прежде чем о ней снова зашла речь. Когда Голд изложил её вторично, Бонди с усмешкой сказал: «К завтрашнему дню от неё камня на камне не останется». Однако, к своему удивлению, он обнаружил, что с математической точки зрения несоответствий нет и идея вполне разумна. Правда, Бонди и Хойл были убеждены, что всё равно ничего не выйдет, так как для поддержания Вселенной в устойчивом состоянии должно постоянно рождаться вещество, а это противоречит закону сохранения энергии. Голд возразил, что теория Большого взрыва тоже нарушает этот закон, но в долю секунды, а не в течение миллиардов лет, как то следует из теории устойчивого состояния.
