Современная космология и древние галактики

Работаю над большой популярной статьей на основе написанной книжки по космологии (ведь некоторым будет некогда прочитать книгу, поэтому им будет полезно иметь вариант текста, сгущенный в десятки раз). Это само по себе интересно, заставляет выбрать главное и расположить его в самом выгодном для читательского восприятия гештальт-узоре, что иначе структурирует и освещает тему и для меня (и приводит к улучшениям в книжке).
Сейчас я уверен в описываемой картине мира (Вселенной) на 99%, потому что за сорок лет успешного опыта построения десятков теоретических моделей (и сравнения их с наблюдениями), я чувствую правильную модель верхним нюхом, на ощупь в темноте и могу безошибочно выхватить ее из огромной кучи мусора. Я мог ошибаться (и ошибался) на достаточно коротком промежутке времени или при недостаточном уровне работы с моделью, но рано или поздно все прояснялось. С космологией я работаю достаточно давно и достаточно интенсивно, чтобы быть в наивысшей степени (возможной для не сумасшедшего человека) уверенным в правильности модели циклической Вселенной.

Известны критерия Карла Поппера истинной теории (я его цитирую в книжке много раз). Могу конкретизировать его идеи на основе своего опыта. Я убежден, что правильная теория
1. Решает сложную главную проблему неожиданно, элегантно и убедительно.
2. Быстро распространяет свой ареал действия, попутно разрешая еще кучу проблем, которые часто казались несвязанными с друг другом.
3. Делает конкретные (неизменяемые задним числом!) предсказания, которые реально проверить в настоящее или в ближайшее время (а не в далеком или бесконечном будущем).
4. Устойчива к малым возмущениям.

Последний пункт могу прояснять. Вот строите вы теоретическую модель и успешно, как вам кажется, сравниваете с наблюдениями. Если это новая для вас область, то значительна вероятность, что вы допустите какую-то непринципиальную неточность (малое возмущение) – возьмете для оценок устарелое значение какого-то параметра, или что-то еще. А в том, что теория и наблюдения согласуются в ваших расчетах - нет ничего удивительного, потому что (почти) каждый ученый (почти) бессознательно может выбирать те оценки или те гипотезы, которые работают на его модель. Этот потенциал (почти) бессознательного желания непременно подтвердить свою теорию, создает определенное натяжение (натяжку! И хорошо еще если малую). И вот вам эксперты из области, куда вы вторглись, берут и указывают на неточность. И вам приходиться исправлять модель или оценки. Если модель неправильна, то от этих поправок она начнет расходиться с наблюдениями и попадать в зону сумеречного сомнения. А если модель правильна, то все поправки идут модели только на пользу!

Например, моя последняя статья получила короткую отрицательную рецензию, где рецензентом:
1. была высказана обида, что я игнорирую последние 30 лет развития численных экспериментов, которые вот-вот и получат, то, что нужно для решения проблемы. Тут мне нечего ответить, кроме как спросить, почему после 30 лет интенсивного развития теории, она все дальше уходит от наблюдений, которые тоже активно накапливаются (наблюдатели даже стали открыто насмехаться!)
2. отмечалось, что максимальная и асимптотическая скорости, которые я использую как синонимы, совпадают не всегда. Это было правильное замечание, я изменил пару слов (выбросил максимальные скорости), сверился с литературой и убедился, что обсуждаемая модель УКРЕПИЛАСЬ от этого уточнения. Это иллюстрация пункта 4.

В ходе работы (пере)читал статью Дикке и др. 1965 (сопутствующую статье Пензиаса и Вильсона по открытию реликтового излучения), прочитал обзор Зельдовича в УФН (1966) по «горячей Вселенной», и т.д. И еще раз поразился над вывихами в истории науки. После открытия реликтового излучения, Дикке с соавторами (среди которых недавний нобелевский лауреат Пиблз, и Вилкинсон, в честь которого назвали спутник WMAP) не просто правильно интерпретирует эти наблюдения коллег, но и излагают наиболее вероятную картину мира, которая соответствует:
1. Замкнутой и цикличной Вселенной. Дикке и др. называют это «замкнутой колебательной моделью» и считают, что она решает проблему объяснения барионной асимметрии: «мы заключаем, что разумным образом можно сохранить сохранение барионов, если Вселенная замкнута и колеблется».
2. Дикке и др. описывают циклическую переработку тяжелых атомных ядер в «замкнутой колеблющейся вселенной»: «Предполагая осциллирующую космологию без сингулярностей, мы полагаем, что температура должна была быть достаточно высокой, чтобы разложить тяжелые элементы из предыдущего цикла… В этой картине необходимо предположить, что в момент максимального коллапса температура Вселенной превысит 10^10 (°К), чтобы пепел предыдущего цикла переработался обратно в водород, необходимый для звезд в следующем цикле».

Статья Дикке и др. 1965 настолько интересна, что собираюсь её перевести и выставить в ЖЖ (я не нашел ее вариант на русском. Если кто знает такой перевод – дайте ссылку).

Эту же замкнутую осциллирующую модель излагает и Зельдович в своем обзоре 1966 года, только переведя ее из наиболее вероятной (как считал Дикке и др) в наименее вероятную. После 1965 года модель пульсирующей замкнутой Вселенной стала майнстримом на 20 лет. Она имела и такой аналог, как осциллирующая модель внутри черной дыры. Популяризатор Азимов пишет в своей книжке «The Collapsing Universe», 1978: «Вполне возможно, что вся Вселенная сама по себе является черной дырой (как предположил физик Кип Торн). Если это так, то, скорее всего, это всегда была черная дыра и всегда будет черной дырой. Если это так, мы живем в черной дыре…»
Отмечу, что Кип Торн – это еще один недавний нобелевский лауреат.

Прошло не так уж много времени (1978 год я, тогда студент, прекрасно помню), в течение которого на космологию было совершено что-то вроде «монгольского нашествия». На нее напали совсем чужие люди, со своими квантовыми ценностями, мохнатыми лошадками, кривыми ногами и саблями. В результате, когда Горькавый, с Васильковым, с Тюльбашевым, и Джоном Мазером (еще один нобелевский лауреат), начинают говорить, что классическая модель замкнутой циклической Вселенной, созданная выдающимися учеными XX века (Эйнштейном, Фридманом, Гамовым, Дикке, Торном, Мизнером и другими), может быть доведена до статуса всеобъемлющей правильной научной теории без каких-либо экзотических шагов и квантово-кумысных гипотез – то раздаются хотя и разнобойные, но очень громкие голоса о том, что мы - маргиналы, с которыми ни общаться, ни спорить настоящим квантовым монголам западло, что мы неправы по всем посылкам, и везде (но неизвестно где) ошибаемся в расчетах. Есть такие эфиромасличные теории, обладающие научностью теории эфира, но на масло хватает.

Что ж, нет смысла спорить о вкусах - кому и мохнатая лошадка невеста. И о науке спорить поздно, потому что все научно-теоретические вопросы замкнутой циклической космологии уже решены, все основные наблюдения объяснены и четкие предсказания сделаны. И слово теперь за наблюдателями, потому что правильная теория всегда только укрепляется от новых данных.

Например, вот свежая новость: открыта самая древняя галактика HD1 в созвездии Секстана, которая образовалась всего через 330 миллионов лет после Большого Взрыва: «Найдена древнейшая галактика: пик звездообразования или квазар?» https://naked-science.ru/article/astronomy/samaya-drevnaya-galaktika; «По коже побежали мурашки»: астрономы открыли самую далекую галактику. Астрофизик Штерн оценил важность открытия древнейшей галактики» https://www.gazeta.ru/science/2022/04/07/14709193.shtml
Эта галактика ярко светится в ультрафиолете, чему есть два объяснения: или всплеск звездообразования (почему-то на порядок больше ожидаемого), или аккреция на сверхмассивную черную дыру в 100 миллионов масс солнца. Астрофизик Борис Штерн, доктор физико-математических наук и ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН рассказал «Газете.Ru»: «Скорее это все-таки звезды, которые затем сольются в черную дыру, поскольку альтернативные гипотезы — образование сверхмассивных черных дыр из первичных, например, — выглядят пока довольно слабо, там просто не удается придумать хороший механизм их образования. Скорее всего, все это начиналось со звезд».

Давно заметил, что из двух вариантов мейнстримщики предпочитают выбирать неправильный. Я абсолютно согласен с Борисом Штерном, что слепить сверхмассивную черную дыру из мелких первичных (возникших сразу после Взрыва) за столь короткое время нельзя, но еще слабее выглядит попытка образовать массивную холодную дыру из большого количества горячих звезд (как минимум, несколько миллионов звезд надо успеть спрессовать за сотню миллионов лет в очень компактный объем, а они, заразы, не хотят, визжат, греются, убегают…). А вот в циклической модели нет никаких проблем с объяснением HD1: сверхмассивные дыры – реликтовые, которые спокойно вырастают за тысячу циклов. А после Большого Взрыва, вернее, после 380 тыс. лет после него, когда плазма остывает до нейтрального водорода, сверхмассивные дыры начинают набирать вокруг себя галактики. Простые и убедительные расчеты показывают, что центральная часть галактики вырастает вокруг такой дыры за примерно десять миллионов лет. Ну, если совсем занизить параметры среды – то за сотню миллионов лет. При этом автоматически получается знаменитое и загадочное соотношение М-сигма, которое связывает массу черной дыры и дисперсию скоростей в центральной части галактике (балдже). Загадочность в том, что центральная черная дыра, какая она ни была сверхмассивная, составляет всего 0.1% от массы балджа. И как эта кроха сумела задать глобальные параметры (как дисперсию скоростей) в огромной системе? Если пытаться вырастить дыру из звезд, как предлагает их однофамилец Штерн, то М-сигма соотношение становится просто мистическим. А вот если выращивать галактику вокруг уже имеющейся дыры, то никакой мистики – все решает простая аккреция с экспоненциальным законом роста и с затравочной (в нулевой момент) массой в виде сверхмассивной дыры.
Самые древние галактики скоро в большом количестве будут изучаться Вебб-телескопом. И квантовые космологи будут все шире разводить руками, а циклические космологи – все шире улыбаться.