Вечером во вторник 2 июля 2019 года по Тихому океану с запада на восток проносится тень Луны. Эта тень шириной 145 километров проходит через Ла-Серену, пересекая долину Эльки со скоростью 5 км/с. Тысячи туристов собрались в небольшой деревушке Вильясека, что к востоку от Викуны, чтобы посмотреть на самое эффектное природное явление – полное солнечное затмение.

Через специальные защитные очки для наблюдения затмения я гляжу на ползущий по яркому солнечному кругу темный лунный диск. Дневной свет как будто постепенно выкачали из окружающего ландшафта. Тени становятся резкими, небо приобретает пугающий синевато-стальной цвет. Собаки залаяли, а птицы притихли. Под оставшимся тонким серпиком Солнца становится видна Венера. А потом я внезапно оказываюсь во тьме вместе с расположенными около 20 километров к юго-западу телескопами на горе Серро-Пачон.

Вокруг черного силуэта Луны мягким светом вспыхивает горячая разреженная солнечная атмосфера – великолепная серебристо-белая корона, которая в обычное время теряется на фоне яркого сияния Солнца. На какие-то 146 секунд невидимое становится видимым для всех невооруженным глазом.

Это потрясающе красивое зрелище.

7. Барионы Большого взрыва

Я увлекся астрономией в марте 1972 года. Мне тогда было 15 лет. Во дворе Уима Гилинга – любителя астрономии, жившего в деревне, где я вырос, я впервые посмотрел на Сатурн в приличный телескоп. Я так никогда и не пришел в себя от этого зрелища. Вскоре я вступил в юношеский астрономический клуб, стал делать карандашные наброски лунных кратеров и учиться ориентироваться в созвездиях с помощью «Нортоновского справочника с атласом неба» (Norton’s Sky Atlas and Reference Handbook).

Я и не подозревал в то время, что как раз тогда стала оформляться тайна темной материи. В 1972 году Пиблс с Острайкером, проанализировав свои модельные расчеты вращающихся дисков галактик, обнаружили, что эти звездные системы не могут быть устойчивыми в отсутствие большого количества дополнительного вещества. Рубин с Фордом приступили к измерению кривых вращения спиральных галактик, расположенных дальше галактики Андромеды, и обнаружили, что они тоже вращаются быстрее, чем должны. Хотя в посвященных астрономии изданиях, которые я тогда читал, ничего про темную материю еще не говорилось, астрономическое сообщество стало постепенно осознавать, что эта проблема так просто не рассосется.

Я также не понимал, что это было время, когда космология стала зрелой наукой. «Физическая космология» Пиблса вышла в том самом году, когда меня охватило астрономическое вдохновение. Открытие фонового реликтового излучения в 1964 году – всего лишь за семь с половиной лет до того, как я увидел Сатурн, – стало убедительным наблюдательным свидетельством в пользу теории Большого взрыва.

Но у всех этих событий была 50-летняя предыстория. Еще в первые два десятилетия XX века американские астрономы обнаружили, что другие галактики удаляются от нашей. Вскоре после этого бельгийский физик-теоретик Жорж Леметр выдвинул концепцию расширяющейся Вселенной, которая, по его мнению, родилась из «первичного атома», или «космического яйца». Наука предложила свою версию Сотворения мира, но астрономы не приняли ее покорно, как истину в последней инстанции, а принялись наполнять содержанием, проверять ее следствия, в том числе и наблюдаемые.

Тогда ученые еще не знали, что их усилия на каком-то этапе – а именно в начале 1970-х годов – приведут к проявлению совершенно нового набора свидетельств существования темной материи. Темной материи из элементарных частиц.

Вселенная не была сотворена неким божеством 6000 лет назад, и если она не существовала всегда, то мы больше не можем отмахиваться от вопроса о том, как и почему она пришла в современное состояние. В частности, физики в XX веке начали интересоваться химическим составом Вселенной.

В 1925 году Сесилия Пейн установила, что Солнце – а значит, и все остальные звезды во Вселенной – состоит в основном из самого легкого элемента, водорода1. Пейн напоминает Веру Рубин, но она была гораздо раньше. В молодости она изучала химию и физику. Но в то время Кембриджский университет не присуждал ученые степени женщинам, и поэтому в 1923 году Пейн перебралась в США, где стала первой женщиной, получившей степень доктора философии в области астрономии в Гарвардском университете.

Революционная работа Пейн вначале натолкнулась на сильное сопротивление, особенно со стороны влиятельных астрофизиков-мужчин. Но через каких-то два года этот результат стал общепризнанным, а в конце 1930-х Карл Фридрих фон Вайцзеккер и Ханс Бете показали, каким образом при огромной температуре и давлении в солнечном ядре протоны (ядра атомов водорода) могли сливаться, образуя более тяжелые ядра гелия. Как еще в 1920 году предполагал знаменитый британский астрофизик Артур Эддингтон, этот процесс сопровождается выделением энергии. Эддингтон утверждал в своей очень убедительной статье «Внутреннее строение звезд», опубликованной в журнале Nature, что «субатомная энергия в звездах служит для поддержания горения их огромных печей», хотя он тогда еще не знал, из чего состоит Солнце2.

Замечательно, значит, водород может превращаться во второй по легкости элемент – гелий. Возможно, в ходе последующих ядерных реакций могут образоваться и другие легкие элементы, включая углерод, азот и кислород. А как быть со многими более тяжелыми элементами периодической таблицы, такими как сера, железо, золото и уран? В масштабах Вселенной они, конечно, не очень распространены, но все равно надо как-то объяснить их происхождение.

Сразу же после окончания Второй мировой войны астрономы и физики предложили два совершенно разных объяснения. Согласно одной гипотезе, впечатляющее разнообразие химических элементов в природе – это результат ядерных реакций слияния в горячей и плотной первичной материи. В конце концов, условия в новорожденной Вселенной были очень похожи на условия в солнечном ядре, и поэтому естественно ожидать, что там могли протекать похожие реакции. Эта точка зрения была сформулирована в знаменитой статье, опубликованной в 1948 году в журнале Physical Review, известной также как статья αβγ3. (Статья вышла 1 апреля, но это, скорее всего, просто совпадение.)

Я неоднократно слышал и читал про эту статью («Происхождение химических элементов»). Я знаю историю советско-американского ядерного физика и шутника Георгия Гамова, который написал ее вместе со своим аспирантом Ральфом Альфером и добавил в список авторов имя своего друга и коллеги Ганса Бете, чтобы получились первые три буквы греческого алфавита. Но я только недавно удосужился взглянуть на саму статью. К моему удивлению, она оказалась короткой заметкой: около 600 слов, два уравнения и один график.

А конкурирующая гипотеза, согласно которой все тяжелые элементы были синтезированы в недрах звезд, наоборот, представлена рядом весьма обстоятельных статей, написанных критически настроенным британским астрономом Фредом Хойлом, в том числе в соавторстве с другими учеными. Хойл никогда не