Астрономы точно измерили возраст Вселенной по микроволновому "эху" Большого взрыва с помощью наземной обсерватории ACT и подтвердили результаты наблюдений на космическом телескопе Planck. Это углубило кризис в космологии, который связан с разными результатами измерений скорости расширения Вселенной. Результаты своей работы ученые опубликовали в электронной научной библиотеке arXiv.

"В прошлом многие наши коллеги предполагали, что эти расхождения связаны с ошибками в данных – либо у телескопа Planck, либо у "Хаббла". Мы показали, что результаты наблюдений на ACT и Planck полностью совпадают. Это говорит о том, что у нас нет причин сомневаться в качестве результатов этих наблюдений", – рассказал один из авторов работы, астрофизик из Института Флэтайрон в Нью-Йорке (США) Симон Айола.

Как отмечает Айола, это совпадение говорит в пользу того, что кризис в космологии связан с реальными явлениями, а не с ошибками и погрешностями в работе инструментов, которые используются для измерения скорости расширения Вселенной и для оценки ее возраста.

Этот кризис обозначился примерно три года назад, когда почти одновременно были опубликованы данные по скорости расширения Вселенной, полученные в ходе наблюдений за микроволновым "эхом" Большого взрыва с помощью телескопа Planck и за переменными звездами-цефеидами в Млечном Пути и вспышками сверхновых в соседних галактиках, которые вела обсерватория "Хаббл".

Эти значения сильно разошлись. Второй тип наблюдений показал, что две галактики, разделенные расстоянием примерно в 3 млн световых лет, должны разлетаться со скоростью около 73,9 км/с. Это на 9% больше, чем показывают данные наблюдений за микроволновыми отголосками Большого взрыва – 67,9 км/с.

Главные вопросы космологии

По словам Айолы, эти споры были дополнительно подогреты в прошлом году. Тогда астрономы попытались вычислить возраст Вселенной, опираясь на наблюдения за скоростью движения близлежащих скоплений галактик, которые много лет проводит "Хаббл". Эти данные неожиданно показали, что Большой взрыв произошел на несколько сотен миллионов лет позже, чем говорили данные Planck и другого микроволнового космического телескопа, WMAP.

Новые расхождения заставили астрономов, которые занимаются ранними эпохами существования Вселенной, начать перепроверять данные всех трех телескопов с помощью других инструментов и обсерваторий. Среди них был и чилийский телескоп ACT, который построили в 2007 году в пустыне Атакама для наблюдений за микроволновым "эхом" Большого взрыва.

Благодаря неоднородностям в яркости и другим свойствам этого излучения можно очень точно определить возраст Вселенной, а также узнать, как была распределена материя внутри нее в первые мгновения существования мироздания и с какой скоростью расширялись его границы.

Айола и его коллеги получили первые точные "наземные" данные такого рода, проанализировав информацию, которую ACT собирал в промежутке между 2013 и 2016 годами – уже после того, как были собраны данные "Хаббла" и Planck, из-за которых возник космологический кризис.

Новые измерения, как отмечают исследователи, почти полностью совпали с теми значениями, которые получили участники научной команды Planck: возраст Вселенной составил 13,77 млрд лет, а скорость ее расширения – 67,6 км/с. Это ставит под сомнение возможность того, что в результатах наблюдений за микроволновым "эхом" Большого взрыва раньше были ошибки.

Аналогичные подтверждения ученые недавно получили и для замеров "Хаббла". Это, как предполагают их авторы, говорит в пользу того, что скорость расширения Вселенной действительно могла поменяться за 13,7 мрлд лет после Большого взрыва. В таком случае все современные космологические теории, которые описывают процесс рождения мироздания, придется полностью пересмотреть, заключают ученые.

У 16 видов глубоководных рыб, которых океанологи обнаружили у берегов Калифорнии и Мексиканского залива, оказалась уникальная угольно-черная кожа. Благодаря уникальной структуре пигментных зерен в клетках кожа таких рыб отражает всего 0,04% падающего на нее света. Результаты исследования опубликовал научный журнал Current Biology.

"Если вы хотите слиться с окружающей вас беспросветной тьмой глубинных вод, то вам нужно поглощать весь свет, который на вас падает. Эти рыбы изобрели очень тонкую и очень эффективную ловушку для света. Когда свет падает на ее поверхность, он исчезает бесследно", – рассказала Карен Осборн, океанолог из Смитсоновского музея естественной истории и один из авторов исследования.

Сейчас физики активно разрабатывают так называемые метаматериалы – искусственные структуры из множества наночастиц или других миниатюрных элементов, которые могут необычным образом взаимодействовать со светом или другими волнами. Подобные материалы вызывают интерес потому, что с их помощью можно создавать своеобразные "плащи-невидимки", плоские линзы и другие футуристические гаджеты.

Природа "изобрела" подобные метаматериалы задолго до того, как их открыл человек. В частности, похожие на них кристаллы и структуры покрывают поверхность крыльев многих бабочек и жуков с "металлической" окраской. Их аналоги есть и в клетках шкуры хамелеонов и даже в синих складках на мордах павианов-мандрилов.

Вдобавок, два года назад физики выяснили, что перья некоторых видов райских птиц представляют собой уникальный угольно-черный метаматериал, который поглощает 99,95% света. Эта необычная черта пернатых оказалась связана с существованием особого узора из ямок на поверхности их перьев, которые играют роль своеобразных "ловушек" для света.

Изучая глубоководную фауну Мексиканского залива и Тихого океана у берегов Калифорнии, американские и британские океанологи случайно открыли еще более интересный пример подобного природного оптического метаматериала. Заметив несколько рыб на глубине в несколько сотен метров, Осборн попыталась сфотографировать свой улов.

"Несмотря на то, что наши камеры очень продвинутые, мне никак не удавалось расположить источники света и сфотографировать рыб так, чтобы можно было рассмотреть мелкие детали на фотографиях. Все это выглядело так, как будто эти обитатели глубин засасывали в себя весь свет", – вспоминает Осборн.

Тихоокеанский идиакант (Idiacanthus antrostomus) © Karen Osborn/Smithsonian

Столкнувшись с подобным необычным свойством рыб, биологи детально изучили оптические свойства и структуру их кожи в лаборатории. Это подтвердило, что глубоководные рыбы не уступали райским птицам в умении поглощать свет, но при этом структура их камуфляжа оказалась намного более простой.

Длиннорогий саблезуб (Anoplogaster cornuta) – еще одна из рыб с угольно-черной кожей © Karen Osborn/Smithsonian

Он представляет собой тонкий слой из пигментных клеток, внутри которых особым образом упакованы меланосомы – структуры, в которых содержится большое количество пигмента меланина. Размеры и форма его гранул подобраны таким образом, что они или поглощают свет, или же направляют его в сторону других таких же пигментных зерен. Благодаря этому назад в окружающую среду возвращается лишь 0,04% света, который падает на таких рыб.

Подобное светопоглощение, как показывают расчеты океанологов, резко повышает шансы таких рыб на выживание. Дело в том, что дистанция, на которой их могут заметить потенциальные хищники или жертвы, благодаря подобной окраске сокращается более чем в шесть раз по сравнению с обычными рыбами темной окраски. 

Изучение структуры их пигментных клеток, как отмечают исследователи, поможет инженерам и физикам создать более дешевые и долговечные альтернативы для сложно устроенных светопоглощающих метаматериалов, которые имитируют структуру перьев райских птиц и угольно-черных бабочек. Благодаря этому производство оптических инструментов и прочих приборов, которые нуждаются в подобной защите, может быть гораздо дешевле, заключают ученые.