площади Капитолия в шумном центре Тулузы до штаб-квартиры компании Airbus Defence and Space на улице Космонавтов 40 минут общественным транспортом1. Спустя 10 минут руководитель проекта Лорен Бруар провел меня по «чистой комнате», где проводились испытания двух камер – Визуальной камеры (Visual Imager) и Инфракрасного спектрометра и фотометра (NearInfrared Spectrometer and Photometer). Камеры предназначены для реализуемого Европейским космическим агентством проекта «Евклид» – на протяжении шести лет этим высокочувствительным инструментам предстоит произвести съемку трети небесной сферы и получить изображения миллиардов галактик на расстояниях до 10 миллиардов световых лет. Цель проекта состоит в исследовании геометрии Вселенной в попытке достичь лучшего понимания темной энергии и темной материи.

Так художник изобразил космический аппарат «Евклид» Европейского космического агентства. «Евклид», запуск которого запланирован на конец 2022 года, должен исследовать форму и пространственное распределение миллиардов галактик

Стоимость проекта составляет 800 миллионов долларов, а запуск телескопа «Евклид» запланирован на конец 2022 года [27],2. «У нас тут все задерживается на несколько месяцев из-за пандемии ковида», – говорит мне Бруар с сильным французским акцентом. В полной экипировке – совсем как медицинский персонал в отделении интенсивной терапии – мы входим в сверхчистую часть salle blanche («чистой комнаты»), где производится сборка кремниево-карбидного модуля «Евклида». Технический персонал с помощью лазеров и интерферометров проверяет с микронной точностью конфигурацию посеребренных зеркал телескопа, диаметр самого большого из которых составляет 1,2 метра.

«[Сейчас] мы устанавливаем бленду на телескоп, – говорит Бруар. – Вы один из последних, кто в реале смотрит на главное зеркало». Это странное ощущение: вскоре этой сияющей поверхности, отполированной с точностью до 50 нанометров, предстоит на протяжении нескольких лет отражать фотоны, миллиарды лет назад вышедшие из далеких галактик, чтобы астрономы могли построить трехмерную карту распределения темной материи и реконструировать историю расширения Вселенной. Слабое гравитационное линзирование, искривленные изображения галактик, барионные акустические осцилляции, ускоренное расширение пустого пространства – интересно, что обо всем этом подумал бы Евклид Александрийский.

Космический телескоп «Евклид» вобрал в себя опыт, накопленный в ходе реализации наземных проектов вроде уже упомянутых «Обзора красных смещений галактик 2dF» (2dF Galaxy Redshift Survey), «Слоановского цифрового обзора неба» (Sloan Digital Sky Survey), «Килоградусного обзора» (Kilo-Degree Survey), «Обзора темной энергии» (Dark Energy Survey) и обзора Hyper Suprime-Cam. Но благодаря расположению Европейской космической обсерватории в космосе на расстоянии 1,5 миллиона километров позади земной орбиты, если смотреть от Солнца, выполняемые на ней наблюдения будут свободны от влияния атмосферной турбулентности. И к тому же «Евклид» сможет исследовать далекую Вселенную круглосуточно и гораздо эффективнее, чем наземные телескопы.

Вскоре «Евклиду» составит компанию американский аппарат. В середине 2020-х годов предполагается запуск космического телескопа «Нэнси Грейс Роман» – первоначальное название проекта было WFIRST (Wide-Field Infra-Red Space Telescope — «Широкоугольный инфракрасный телескоп»)3. Телескоп назван в честь Нэнси Грейс Роман – первого руководителя отдела астрономии и физики Солнца НАСА и «матери телескопа “Хаббл”». Главное зеркало у него такого же размера, как и главное зеркало знаменитого телескопа «Хаббл» (2,4 метра) при намного большем поле зрения. Новый телескоп с 300-мегапиксельной камерой уступает «Евклиду» по количеству галактик, которые он сможет пронаблюдать, но превосходит его по глубине обзора и диапазону длин волн. Программа наблюдений включает исследование слабого гравитационного линзирования, космического сдвига и барионных акустических осцилляций.

Такого же рода наблюдения станут главной частью программы «Обзор исследования пространства и времени» (Legacy Survey of Space and Time) на 8,4-метровом обзорном телескопе «Симони» в обсерватории имени Веры К. Рубин в Чили (см. главу 6). И для всех этих будущих проектов большим подспорьем будет новый «Спектроскопический инструмент для темной энергии» (Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI), установленный на четырехметровом телескопе имени Мейола в Национальной обсерватории Китт-Пик в Тусоне (штат Аризона). В отличие от многоцветных наблюдений на телескопах «Евклид» и «Нэнси Грейс Роман» и в обсерватории имени Веры Рубин, которые позволят получить грубые фотометрические оценки красных смещений и расстояний до галактик, данные детальных спектроскопических наблюдений DESI позволят определить точные красные смещения и расстояния до десятков миллионов далеких галактик и квазаров на одной третьей части небесной сферы4.

Анализ совокупности данных с разных наземных и космических инструментов позволяет получить трехмерную карту значительной части наблюдаемой Вселенной. Исследование роста барионных акустических осцилляций со временем – структур, запечатленных в распределении массы примерно 380 000 лет после Большого взрыва, – позволяет реконструировать историю расширения Вселенной, которая, в свою очередь, служит источником информации о поведении темной энергии. А изучение слабого гравитационного линзирования и космического сдвига позволяет измерить тонкие особенности искажения видимой формы далеких галактик под действием неоднородностей распределения массы между этими галактики и Землей и, таким образом, исследовать распределение темной материи в пространстве и во времени.

Сейчас, когда я пишу эти строки, «Евклид» готовят к завершающим предполетным испытаниям, должно вот-вот начаться создание Космического телескопа имени Нэнси Грейс Роман, строительство обсерватории имени Веры Рубин на горе Серро-Пачон близко к завершению, а телескоп DESI полностью готов приступить выполнению пятилетнего спектроскопического обзора. А еще Вселенную «прослушивают» с помощью высокочувствительных детекторов гравитационных волн, космический телескоп «Джеймс Уэбб» к моменту выхода книги должен быть уже в космосе, европейские астрономы занимаются строительством «Чрезвычайно большого телескопа», а на двух континентах – в Австралии и Южной Африке – строится крупнейшая в мире радиоастрономическая обсерватория – Square Kilometre Array. Трудно уследить за всеми новыми проектами – ведь астрофизики никогда не упустят возможности выкачать новую информацию о темной стороне Вселенной из любого фотона, до которого могут дотянуться.

Но знание эволюции во времени темной энергии и пространственного распределения темной материи ничего не говорит о том, с чем же, собственно, мы имеем дело. Мы все так же продолжаем все подробнее изучать следы на земле, не имея возможности узнать, что же за человек их оставил. Если мы хотим узнать истинную природу темной материи – если действительно хотим «увидеть» невидимое – то одни только наземные телескопы и космические обсерватории в этом не помогут, сколь бы мощны они не были. Будущее исследований темной материи будет определяться (или, если хотите, достигаться) также и усилиями не только астрофизиков, но и специалистов по физике элементарных частиц. Как написали в 2018 году физики Джанфранко Бертоне и Тим Тайт в своей обзорной статье в журнале Nature, «основополагающий принцип должен состоять в том, чтобы испробовать все возможности»5.

В подземных пещерах и туннелях охотники за темной материей придерживаются той же стратегии, что и наблюдающие небо астрономы: если вы ищете нечто и не можете найти, то просто постройте