Если вы хотите изолировать блеск сверхновой, возьмите спектр части галактики, в которой находится сверхновая, которая заполнена светом галактики, а затем определите спектр другой части галактики, вдали от сверхновой, а после вычтите второй результат из первого. В идеале получится спектр самой сверхновой.
Однако в данном случае свет галактики так подавлял сверхновую, что Лейбундгут не попробовал сделать очевидное. Никто не попробовал. Оказавшись дома в Мюнхене, Лейбундгут разделил интенсивность блеска галактики в целом на десять. Оснований делить именно на десять не было. Спектр галактики все равно останется тем же, качество данных не меняется.
Он просто изменил интенсивность, вычел этот спектр из спектра сверхновой (который также содержал спектр галактики) – и получил спектр сверхновой. Таким образом и Лейбундгут, и Филипс поняли, что имеют дело с настоящим типом Ia.
Тем временем произошли большие изменения в астрономии. Наукой больше нельзя было заниматься в одиночестве. Именно поэтому и формировались группы, в которые входили люди часто очень разных специальностей. Появлялись новые технологии, техника становилась все сложнее и сложнее, в одиночку невозможно стало охватить все. Нельзя было просто изучать небеса и все на них. Кто-то занимался планетами, а кто-то звездами, или галактиками, или Солнцем. И просто звезды уже никто не изучал. Основной упор стали делать на взорвавшиеся звезды, а из взорвавшихся надо было выбрать, например, тип Ia. Кто-то специализировался на механизме, ведущем к термоядерному взрыву, или на металлах, которые появляются в результате взрыва, или на том, как использовать свет этого взрыва для определения скорости замедления расширения Вселенной, на фотометрии или спектроскопии.
Группа Шмидта и Сунцеффа, продолжившая работу, в сентябре 1994 года состояла из 12 человек в пяти учреждениях на трех континентах. Сунцефф заявил, что они должны привлекать к работе молодежь. Это могли быть выпускники вузов соответствующей специализации и аспиранты. В группе следили за справедливым распределением обязанностей и за тем, чтобы именно тот, кто выполнил большую часть работы по тому или иному направлению, указывался первым среди авторов соответствующих статей и ездил на конференции, потому что в научных кругах часто происходит наоборот: штатный профессор получает всю славу, а аспирант оказывается без работы. Выбранный подход способствовал быстрому продвижению вперед.
Адам Рисс, американский астрофизик, глава программы обнаружения удаленных сверхновых. Его группе удалось отследить расширение Вселенной на этапах до 10 млрд лет назад (род. в 1969)
Позже к группе присоединился Адам Рисс, который в дальнейшем вместе с Брайаном Шмидтом и Солом Перлмуттером получил Нобелевскую премию по физике за открытие ускоренного расширения Вселенной посредством наблюдения дальних сверхновых. Его диссертация была посвящена исследованию сверхновых звезд типа Ia, он хотел решить проблему стандартизации сверхновых типа Ia. Как и у Филипса, форма кривой блеска Рисса позволяла определить яркость, присущую конкретной сверхновой, но, в отличие от метода Филипса, Рисс нашел способ определить степень ошибки, то есть качество результата оценивалось количественно. Но пока Рисс не имел возможности проверить свой метод на реальных данных и обратился к Марио Хумаю за данными. Вначале Хумай не хотел делиться наработками (до публикации они остаются вашими и только вашими), но не смог отказать настойчивому аспиранту. Рисс получил 13 кривых блеска, и через несколько недель Хумай в свою очередь получил письмо от Рисса с сообщением о том, что придуманный молодым человеком метод работает.
И статья Хумая по 13 сверхновым, и статья Рисса о его методе вышли в одном номере «Астрофизического журнала» в январе 1995 года. Оба автора также попытались вывести значение постоянной Хаббла. У Хумая получилось 62–67 (км/с)/Мпк, а у Рисса 67 ± 7 (км/с)/Мпк. Если постоянная Хаббла равна 50, это означает, что возраст Вселенной составляет около 20 млрд лет. Если постоянная Хаббла выше 60, это означает, что Вселенной около 10 млрд лет и она получается моложе своих самых старых звезд. Сандадж, наследник Хаббла, который очень трепетно относился к параметру своего учителя, настаивал, что постоянная Хаббла должна быть меньше 60, поскольку этого требует возраст Вселенной. Другие астрономы получали данные в диапазоне от 50 до 100 (км/с)/Мпк. Рисс и Киршнер опубликовали еще одну статью, используя данные Хумая, на этот раз – об изучении движения галактик.
Тем временем Брайан Шмидт приехал работать в Чили, где у группы было забронировано время для работы на телескопе в обсерватории Серро-Тололо. За осень 1995 года группа открыла 11 сверхновых. Конечно, астрономы все еще зависели от погодных условий, а в Чили еще время от времени случались землетрясения, но работать в целом, конечно, стало проще. Вселенная состоит из миллиардов галактик, звезды взрываются постоянно, так что сверхновых там тысячи, если не миллионы. Просто нужно было научиться их находить. Но теперь работа по открытию и анализу данных была, можно сказать, поставлена на конвейер.
Вселенная будет расширяться вечно
То же самое можно сказать и о группе Сола Перлмуттера, которая постоянно конкурировала с Брайаном Шмидтом. Используя метод Сола Перлмуттера, описанный выше, они открыли 22 дальние сверхновые, по большей части типа Ia. Они доказали, что могут предсказать дату открытия сверхновой и даже место ее нахождения среди тысяч галактик.
К осени 1997 года у двух групп было достаточно данных, чтобы попытаться найти, по крайней мере, предварительный ответ на вопрос, как сильно замедляется расширение Вселенной и к чему идет Вселенная – Большому хлопку или Большому морозу.
Группа под руководством Сола Перлмуттера заявила, что на основе изучения семи сверхновых типа Ia можно сделать вывод о том, что Вселенная плоская и она не будет вечно расширяться, но и не сожмется в конце концов. Правда, ученые заметили, что это лишь предварительный результат.
Герсон Голдхабер, германо-американский астрофизик (1924–2010)
Что астрономы, физики и астрофизики понимают под словом «плоский»? Когда говорят, что Вселенная плоская, не имеется в виду, что она плоская, как лист бумаги. Речь идет о свойстве трехмерной плоскостности – евклидовой геометрии в трех измерениях. В астрономии евклидов мир является удобной сравнительной моделью окружающего пространства. Материя в таком мире распределена однородно, то есть в единице объема содержится одинаковое количество материи, и она изотропна, то есть распределение материи одинаково по всем направлениям. Кроме того, материя там не эволюционирует (например, не загораются радиоисточники и не вспыхивают сверхновые), а пространство описывается простейшей геометрией. Но ведь сверхновые-то появлялись! То есть получается, что модель плоской Вселенной не соответствует результатам наблюдений. Материя вокруг нас распределена неоднородно и анизотропно (где-то есть звезды и галактики, а где-то их нет), скопления материи эволюционируют, то есть меняются со временем, а пространство, как известно из экспериментально подтвержденной теории относительности, искривлено. Но ученые все равно говорят о плоской Вселенной. Это происходит, потому что в космологии Вселенная рассматривается как целый объект. И как целый объект она обладает определенными свойствами. Например, начиная с некоторых очень больших линейных масштабов (здесь можно рассматривать и 60 мегапарсек, то есть 180 млн световых лет, и 150 Мпк), материя во Вселенной распределена однородно и изотропно. На меньших масштабах наблюдаются скопления и сверхскопления галактик и пустоты между ними, которые называются войдами, то есть однородность нарушена.
Запись в блокноте Адама Рисса, 1997
Герсон Голдхабер из группы Перлмуттера решил составить таблицу из 38 сверхновых, открытых группой из Беркли за время ее работы, основываясь на яркости и красном смещении. Он поместил их в колонки, соответствующие количеству материи, которая требовалась Вселенной (на основании данных по этой сверхновой) для того, чтобы расширение остановилось: от 0 до 20 % необходимой плотности массы, от 20 до 40 % и так далее, до 100 %. Две получившиеся большие колонки (в одной было 10 сверхновых, в другой – 9) показали, что во Вселенной не то что недостаточно материи для остановки расширения, а она находится в минусе! Голдхабер получил отрицательные значения от 0 до минус 40 %. Кто бы мог такое подумать?
Адам Рисс в другой группе работал над статистическим подходом к проблеме. Его задачей было собрать имевшиеся данные по сверхновым на тот момент: все результаты спектроскопии и фотометрии, все вычеты галактик, все кривые блеска, все допуски ошибок – и разработать программное обеспечение, которое поможет сравнить эти данные с миллионами различных моделей Вселенной. Некоторые из этих моделей покажутся просто абсурдными. Но одна из этих Вселенных должна будет соответствовать собранным данным.
Что и произошло. Такая модель нашлась. В ней было недостаточно материи, чтобы замедлить расширение. Мало этого – плотность массы составляла минус 36 %, то есть получалась отрицательной. Это была Вселенная без материи. Эта была несуществующая Вселенная. То есть, можно сказать, что данные двух групп, работавших над вопросом расширения Вселенной, дали один и тот же результат.
Обе группы работали, основываясь на предположении, что Вселенная полна материи и только материи. Конечно, они знали, что часть ее темная, но скрытая масса по сути должна была быть материей. Поэтому ученые предполагали, что только материя будет влиять на расширение Вселенной. Однако если отказаться от этих предположений, результаты, которые, как раньше казалось, смысла не имеют, теперь приобретали смысл. Если во Вселенной на расширение влияет что-то другое (а не материя), во Вселенной, которая состоит из чего-то еще, а не только материи, это что-то объясняет пусть не все, а многое! Изучив данные еще раз, обе группы пришли к выводу, что материя составляет 20 %, или 30 %, или 40 % Вселенной. Но таким образом оставалось 60 %, или 70 %, или 80 % чего-то еще…