Первые галактики, образовавшиеся, когда эти звезды сформировали скопления, представляли собой квазары и другие формы активных галактик со сверхмассивными черными дырами в центре, интенсивное излучение которых также вносило свой вклад в реионизацию.
Итак, в некогда темной электрически нейтральной Вселенной снова появились заряженные частицы. Хотя их плотность была намного меньше, чем до момента последнего рассеяния, ее было достаточно для того, чтобы пространство частично утратило прозрачность, которую приобрело вместе с потерей заряда. Благодаря этому туману, образовавшемуся вследствие реионизации, интенсивность реликтового излучения, которое мы в конечном итоге наблюдаем на Земле, снизилась. В модели LCDM этот процесс описывается параметром, называемым оптической толщей на момент реионизации т, который характеризует густоту тумана. На основании этого параметра ученые смогли рассчитать, когда произошла реионизация. Это случилось примерно через 400 млн. лет после Большого взрыва.
Космическая обсерватория «Планк»
Четырнадцатого мая 2009 года с космодрома Гвианского космического центра, расположенного во Французской Гвиане, был запущен «Планк» — астрономический спутник Европейского космического агентства. Эта космическая обсерватория начала собирать данные в феврале 2010 года. Первые результаты были опубликованы в марте 2013 года. Угловой спектр мощности реликтового излучения по данным обсерватории «Планк» изображен на рис. 14.3
.
СМИ подняли шумиху вокруг того факта, что значения некоторых параметров отличались от ранее принятых, в частности, несколько увеличился предполагаемый возраст Вселенной. На самом деле статистически значимых различий в числах не было. Особенно прошлись журналисты по «противоречиям» между данными, полученными обсерваторией «Планк» и космическим телескопом «Хаббл», а также другими аппаратами, исследовавшими галактики, сформировавшиеся спустя долгое время после образования РИ, в момент последнего рассеяния. В частности, согласно модели, описанной ранее и согласующейся с данными, полученными спутником «Планк», масса галактических скоплений составляет порядка 80% от значения, полученного в результате их панорамного обзора
. Мы вскоре вернемся к этому.
Рис. 14.3. Угловой спектр мощности РИ, согласно данным обсерватории «Планк», опубликован в 2013 году. На этом графике можно увидеть полную гармоническую структуру, определенную с впечатляющей точностью. Обратите внимание на семь выпуклых участков этой кривой. В табл. 14.1 перечислены избранные параметры, полученные путем аппроксимации данных обсерватории «Планк» и космического аппарата WMAP, а также других наблюдений, которые нет нужды перечислять. Модель LCDM с шестью параметрами, описанная ранее, хорошо согласуется с данными, однако уже проводятся испытания расширенных моделей, содержащих большее количество переменных параметров. Изображение предоставлено: Planck Collaboration, Ade P. A. R. etal. Planck 2013 Results. I. Overview of Products and Scientific Results // arXiv preprint arXiv: 1303.5062 (2013)
Таблица 14.1.
Избранные параметры, полученные путем аппроксимации данных обсерватории «Планк» и космического аппарата WMAP, а также других наблюдений
t0 … Возраст Вселенной, млрд. лет … 13,798 ± 0,037
H0 … Постоянная Хаббла, км/с/Мпк … 67,80 ± 0,77
Ωb … Относительная барионная плотность … 0,04816 ±0,00052
Ωc … Относительная плотность холодной темной материи … 0,2582 ± 0,0037
ΩL … Относительная плотность темной энергии … 0,692 ± 0,010
n … Спектральный индекс первичных флуктуации … 0,9608 ±0,0054
τ … Оптическая толща реионизации … 0,092 ± 0,013
Ωk …Плотность энергии пространственной кривизны, доверительная вероятность 95% … -0,0005 ± 0,0066
Σmν … Сумма масс нейтрино, эВ, доверительная вероятность 95% … <0,23
Neff … Эффективное число нейтрино, доверительная вероятность 95% … 3,30 ± 0,53
Yp … Массовая доля гелия, доверительная вероятность 95% … 0,267 ±0,039
ω … Параметр уравнения состояния темной энергии, доверительная вероятность 95% … -1,13 ±0,24
Значения параметров определены путем аппроксимации данных 2013 года, полученных обсерваторией «Планк», аппаратом WMAP, и в других экспериментах. Обратите внимание: это не более чем последние из имеющихся значений на момент настоящей публикации и они наверняка будут изменяться со временем по мере поступления новых данных
СМИ любят трубить о новых теориях, которые якобы опровергли расширение Вселенной, Большой взрыв или инфляцию. Но до тех пор, пока какой-то из этих теорий не удастся воспроизвести данные наблюдений, изображенные на рис. 10.4 и 14.3, так же точно и экономно, как это делается в рамках описанной здесь инфляционной модели Большого взрыва, не обращайте на них внимания. Кроме того, как мы вскоре увидим, благодаря последним наблюдениям инфляционная модель утвердилась почти настолько же прочно, как модель Большого взрыва.
С высокой степенью статистической значимости спектральный индекс первичных флуктуации теперь несколько меньше единицы, что подтверждает прогнозы инфляционной модели. Итак, инфляционная модель прошла еще одну фальсификационную проверку. Стоит отдельно отметить, что параметр уравнения состояния темной энергии все еще равен -1 (ω = -1), тем самым продолжая подтверждать гипотезу, согласно которой источником темной энергии является космологическая постоянная. Однако погрешность в 21% все же довольно велика, таким образом, еще остается вероятность существования некоторой формы квинтэссенции. В самом деле, если темная энергия представляет собой квинтэссенцию со значением ω, очень близким к -1, будет очень сложно отличить ее от космологической постоянной и точно определить ее природу.
Космологи-теоретики продолжают предлагать другие модели, одна из которых, а то и несколько, может оказаться лучше той, которую я здесь описал. Тем не менее на момент написания этих строк ни одна из них не приблизилась к тому, чтобы заменить модель LCDM
.
Рабочая группа «Планк» сравнила полученные данные с несколькими моделями функции потенциальной энергии, которая запустила процесс инфляции
. Хотя несколько моделей были исключены, остальные вполне имеют право на существование. В частности, не сдает позиций хаотическая модель Линде, которую я использовал в качестве примера, поскольку она наиболее проста и естественна. Она даже в какой-то мере укрепилась благодаря последним данным, касающимся первичных гравитационных волн, о которых мы вскоре поговорим.
Работа обсерватории «Планк» была остановлена 23 октября 2013 года, после того как установка истощила запасы жидкого гелия, использовавшегося в качестве охладителя.
