Пустота заставляет звёзды казаться ярче

Как гравитационное линзирование усиливает свет звёзд, так и отсутствие сильного тяготения может ослабить его. А в некоторых обстоятельствах даже... усилить.

Пространства, свободные от скоплений галактик и звёзд, несмотря на свою незаполненность материей, могут, сколь бы контринтуитивным это ни казалось, усиливать свет далёких светил. При ближайшем рассмотрении этот загадочный механизм предстаёт довольно простым и логичным.

Международная научная группа, ведомая космологом Крисом Кларксоном из Кейптаунского университета (ЮАР), пришла к столь необычному выводу несколько неожиданно даже для самой себя. Как известно, «пустоты», не содержащие галактических скоплений и звёзд и называемые войдами, имеют размеры от 11 до 150 мегапарсек в поперечнике. Ещё недавно считалось, что они, в отличие от больших галактик и их скоплений, никак не влияют на свет звёзд и квазаров, находящихся за ними (по отношению к земному наблюдателю).

И действительно, поскольку гравитация отклоняет свет, гравитационное линзирование может значительно усилить свет от самых далёких объектов Вселенной. Но такая гравитационная линза по определению нуждается в массивном теле, искривляющем своим гравитационным полем направление распространения электромагнитного излучения. Нет тела — нет линзы, перефразируя известный правовой принцип.

Как же работает открытое г-ном Кларксоном «антилинзирование»? Дело в том, что продолжающееся (и в последнее время усиливающееся) расширение Вселенной сдерживается только гравитацией, тяготением тел, звёзд и галактик. Если бы материя была распределена равномерно, то и её расширение было бы равномерным, однако само существование войдов означает, что на деле Вселенная расширяется неравномерно. В пустоте без звёзд тяготение значительно меньше сдерживает расширение. А потому пространство войдов расширяется быстрее пространства вне войдов.

Звёзды же и галактики на ближайших к нам сторонах войдов в итоге сдвигаются к Земле (по сравнению с вариантом «без войдов»), а те, что находятся на другом конце «космической пропасти», напротив, от Земли отодвигаются. Следовательно, свет от звёзд по эту сторону «пропасти» уходит в голубую часть спектра, а «потустороннее» излучение — в красную.

Идея, что и говорить, с далекоидущими последствиями.

Ведь расстояние до удалённых объектов и их возраст сегодня определяются по красному смещению, которое рассматривается (за пределами эффектов гравитационного линзирования) как наиболее надёжный показатель удалённости. Разумеется, отсутствие учёта эффектов антилинзирования не может не приводить к ошибочному определению дистанций и возраста множества объектов, включая галактики и квазары. Г-н Кларксон подчёркивает: «Мы определяем дистанцию до них неправильно — полагаем, что они дальше, чем есть в действительности». Хуже того, поскольку, определяя светимость звёзд и иных объектов, астрономы делают поправку на расстояние, оценка первоначальной светимости звезды, находящейся в десятке миллиардов световых лет, окажется завышенной по сравнению с её реальной светимостью. Что ещё интереснее, такой эффект может привести (за счёт голубого смещения) к некоторой, хотя и более слабой, недооценке расстояния до звёзд, находящихся у ближней к нам границы войда.

Насколько силён этот эффект? Для войда в 325 млн световых лет в поперечнике на удалении в 1,3 млрд световых лет от Земли галактики на другой стороне будут для нас на 1% ярче и на 3 млн световых лет дальше, чем они есть в действительности.

«Уф... — вздохнул облегчённо читатель, — а мы-то думали...» Ошибка и впрямь вроде бы невелика, благо и войды такого размера не из маленьких. То есть датировки большинства объектов ранней Вселенной вряд ли изменятся существенно. Правда, именно что «большинства». Увы, если один войд накладывается на другой, расположенный через какой-то пространственный промежуток и на одной линии с земным наблюдателем, ошибка при определении расстояний (и древности) до объектов за парой войдов (скажем, из ранней Вселенной) может быть куда значительнее.

Но и тут говорить о точном определении эффекта антилинзирования сложно. На деле войды свободны лишь от видимой материи. На практике очень трудно рассчитать, сколько в них может содержаться невидимого газа и гипотетической тёмной материи. То есть фактический антилинзирующий эффект пока может быть оценён лишь приближённо. Тем не менее нельзя не отметить, что теперь, когда о самом факте антилинзирования стало известно, точность датировки и определения дальности удалённых галактик и звёзд, бесспорно, может заметно повыситься.