Наука и технологии России
Рубрикатор
07.03.14 | Фишман Роман

В пять часов вечера после Большого взрыва

Если бы мирозданию было ровно сутки, Земля появилась бы только ближе к 17:00. Первые Homo sapiens родились бы менее чем за секунду до полуночи. Но даже этого невероятно короткого времени этим удивительным существам хватило бы для того, чтобы построить пирамиды, отправиться в космос и начать постигать бездонную пропасть времени, отделяющую их от начала Вселенной.

Александр_Иванчик
Александр Иванчик: «Надо знать, что исследование спектра далёких квазаров, излучение которых "просвечивает" Вселенную на миллиарды лет в глубину, позволяет изучить её химический состав в те далекие эпохи и проследить за его эволюцией»

К этой пропасти обращены исследования доктора физико-математических наук Александра Иванчика, астрофизика из петербургского ФТИ имени А. Ф. Иоффе. Точнее говоря, к весьма далёкому прошлому – к ранней Вселенной, когда мироздание не пришло ещё в современный вид. Недавно работы Иванчика принесли ему премию конкурса молодых физиков, проводимого фондом «Династия». А что принесли они науке, учёный рассказал STRF.ru.

Чтобы оценить масштабы того времени, условной 24-часовой шкалы не понадобится. Начать можно с эпохи первичного нуклеосинтеза, в течение которой во Вселенной стали появляться первые атомные ядра. Она зародилась всего около 3 минут спустя после Большого взрыва и закончилась уже через 20–30 минут. За этот краткий период в бушующем пламени термоядерных реакций во Вселенной образовались водород (около 75% всех атомов), гелий (25%), а также дейтерий, гелий-3 и литий (менее 1%). Много тысячелетий спустя они станут топливом, из которого в недрах звёзд возникнут более тяжёлые элементы, включая те, из которых состоим мы с вами. Но всё это – результат бурной эпохи первичного нуклеосинтеза, первого получаса существования Вселенной.

Александр Иванчик:

– Основные работы нашей группы – по теоретической космологии и спектроскопии квазаров, как наблюдательной части этой науки, науки о строении и эволюции Вселенной. Это работы, посвящённые первичному нуклеосинтезу, процессам первичной рекомбинации, а также наблюдениям и анализу спектров одних из самых мощных источников энерговыделения во Вселенной – квазаров.

Надо знать, что исследование спектра далёких квазаров, излучение которых «просвечивает» Вселенную на миллиарды лет в глубину, позволяет изучить её химический состав в те далекие эпохи и проследить за его эволюцией. Спектры квазаров можно назвать пространственно-временными фотографиями Вселенной.

Исследуя эти спектры, нам удалось обнаружить молекулы дейтерированного водорода HD, которые существовали в межзвёздных облаках ранней Вселенной наряду с молекулами обычного Н2. Это было настоящим наблюдательным открытием, ведь именно такие молекулы играют определяющую роль в формировании первых звёзд. А их относительная распространённость позволяет оценивать один из ключевых космологических параметров – барионную плотность Вселенной.

Интересно здесь то, что появление дейтерия весьма чувствительно к конкретным космологическим параметрам, существовавшим во Вселенной в тот момент. В частности, к плотности обычного, барионного вещества. Так что этот факт позволяет лучше представить условия той эпохи.

Двинемся по временной шкале дальше, к эпохе первичной рекомбинации – перенесёмся примерно на 400 тыс. лет после Большого взрыва. В это время Вселенная уже достаточно остыла, и наполнявшая её плазма стала переходить в более привычные для нас формы материи. Электроны стали объединяться с протонами, образуя атомы. Прежде почти непроницаемый для электромагнитных волн космос стал «просветляться», и, начиная с этого периода, Вселенная стала прозрачной.

– Современная космология выходит на такой уровень, что теоретические вычисления должны делаться с точностью более 1%. Для этого приходится учитывать массу незначительных эффектов, которые раньше выпадали из рассмотрения. Некоторые из них также удалось обнаружить именно нашей группе.

В одной из наших теоретических работ, посвящённых уточнению процессов, протекавших в эпоху первичной рекомбинации, мы рассмотрели поправки к скорости двухфотонного перехода в атоме водорода. Предыдущие расчёты по рекомбинации не учитывали их. Этот материал вызвал довольно широкий резонанс. В другой работе мы изучили ещё один «тонкий» процесс, происходивший в той ранней Вселенной, – гибель рекомбинационных гелиевых фотонов на нейтральном водороде.

Некоторые громкие проблемы современной космологии на слуху даже у никак не связанных с ней людей. Как вы считаете, ваша работа поможет приблизить решение каких-то из них?

– В каком-то смысле мы занимаемся проблемой барионного содержания Вселенной. Известно, что в ней примерно 70% тёмной энергии, 25% тёмной материи и лишь около 4–5% обычного, барионного вещества. Вся наша работа сейчас, так или иначе, связана с уточнением и объяснением этого параметра, количества обычного вещества. В конце концов, именно из него состоим мы и весь видимый нами мир.

Другие материалы

"Радиоастрон" изучит ядра активных галактик и самые яркие объекты Вселенной
В России могут заняться созданием "Вселенной из пробирки"
Российские физики выяснили, насколько «похудела» Вселенная
Физики усомнились в точности современных моделей развития ранней Вселенной
Жизнь возникла среди алмазов?