Астрономы открыли космическую струну

В одном из ведущих астрономических журналов Европы Monthly Notices of the Royal Astronomical Society в ближайшее время будет опубликована статья группы российских и итальянских астрономов под руководством профессора МГУ Михаила Сажина. В статье сообщается о возможном обнаружении уникального объекта – так называемой «космической струны».

Ученые из Государственного астрономического института им. Штернберга МГУ и обсерватории Неапольского университета с помощью одного из телескопов, расположенных в Чили,

Двойной портрет SLC-1
На рисунке представлены изофоты, то есть линии одинаковой яркости объекта SLC-1...

проводили обзор неба для выявления кандидатов в так называемые гравитационные линзы – двойные или кратные изображения далеких галактик и квазаров, которые появляются за счет наличия массивных тел на пути лучей света от галактики к земному наблюдателю. В соответствии с общей теорией относительности (ОТО) лучи искривляются, и за счет этого могут образоваться несколько изображений. Группа профессора Сажина зарегистрировала четыре таких образования – очень похожие по физическим характеристикам, близкие друг к другу пары объектов.

Кандидат CSL-1 привлек к себе особое внимание – на снимке были видны два близких, на расстоянии всего в две угловые секунды, изображения галактик, расстояния до которых в пределах ошибок измерений оказались равными. Кроме того, физические их характеристики и химический состав практически неотличимы. В таких случаях астроном может быть практически уверен, что в реальности имеет дело с одним объектом, два изображения которого сформированы как раз эффектом гравитационного линзирования.

Однако в случае с CSL-1 ситуация осложнялась тем, что линзирующий объект был не виден, а изображение было практически не искажено. Между тем обычные гравитационные линзы являются очень плохими «оптическими приборами». Воспользовавшись одной из широко используемых моделей и проведя необходимые вычисления, ученые не смогли воссоздать картину, которую они наблюдают в случае с CSL-1. Для объяснения явления возникли еще два предположения.

Первое состояло в том, что наблюдаемая пара галактик – это одно изображение одного объекта, которое, однако, пересечено массивной полосой межзвездной пыли. Такие ситуации встречаются, хотя соответствующие объекты выглядят несколько иначе. Для проверки гипотезы итальянцы попросили своих соотечественников, работающих на Канарских островах, получить дополнительное изображение объекта в тепловых лучах на телескопе имени Галилея. Дело в том, что пыль, поглощая свет звезд галактики, нагревается и начинает активно излучать в тепловом диапазоне, поэтому там, где в оптическом диапазоне ничего не видно, в тепловом видно яркое пятно. Ничего подобного астрономы не увидели, гипотезу, связанную с пылью, пришлось отбросить.

Вторая гипотеза предполагает, что массивный объект, который привел к образованию двух изображений одной галактики, является «космической струной». Подробные вычисления показали, что наличие в этом направлении «космической струны» способно объяснить наблюдаемую картину.

Существование «космических струн» было впервые предсказано британским физиком Томасом Кибблом в 1976 году, а их теория была развита советским астрофизиком Яковом Зельдовичем к 1981 году. Согласно современным взглядам на возникновение Вселенной, около 13 млрд лет назад, когда началось ее расширение, все ныне существующие по отдельности фундаментальные взаимодействия – гравитационное, ядерное сильное, ядерное слабое и электромагнитное – описывались единым образом. Через ничтожные доли секунд после расширения началось отделение этих сил друг от друга, а частицы и поля начали приобретать индивидуальные характеристики. В течение первой сотни секунд появились основные атомные ядра, сами атомы смогли образоваться только через тысячи лет.

Однако неизбежные исходные неоднородности могли породить в ходе расширения вытянутые структуры гигантской длины – вплоть до геометрических масштабов Вселенной, однако ничтожной толщины – в миллиарды миллиардов раз меньше размеров атомного ядра. Это своего рода длинные «складки» пространства-времени. Плотность их столь велика, что участок такой струны длиной около километра обладает массой, сходной с земной, поэтому им и удается так искривлять пространство. Однако до сих пор никакие наблюдательные свидетельства их существования зафиксированы не были.

Если открытие подтвердится, для чего необходимы наблюдения с большим пространственным разрешением, например на космическом телескопе имени Хаббла, это открытие будет иметь чрезвычайно большое значение для теории фундаментальных физических взаимодействий.

«Космическая струна» является одновременно и астрономическим, и микроскопическим объектом, поэтому свойства ее, которые могут быть получены из астрономических наблюдений, автоматически накладывают некоторые ограничения на теории, описывающие микромир.