Изучение Вселенной связано для человечества с двумя большими проблемами. Во-первых, человек пока не способен отправиться в путешествие за пределы Солнечной системы (а на деле пока даже не вышел за пределы системы Земля-Луна). Во-вторых, у нас нет карт, которые позволили бы проложить маршрут подобного путешествия. Во Вселенной, в отличие от нашей планеты, нет выделяющихся особенностей – побережий, рек, горных гряд. Для нас есть лишь далекие точки, но и они могут быть использованы для создания карты мира, если их свойства можно легко идентифицировать. Поэтому для этих целей можно попытаться использовать квазары. Кроме разработок подобных методик, для мыслей в этом направлении стимулом служит ожидание открытия миллионов далеких квазаров в следующим десятилетии. Квазары, которые мы сможем наблюдать, окажутся столь далеко, что позволят проникнуть в самую глубь времен, ко времени через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Поэтому надо быть готовым использовать эту информацию. В этом направлении работают сотрудники Западного резервного университета Кейза, наткнувшиеся на ключ к картографированию при помощи квазаров при изучении оптических свойств небольшой их выборки.

При учете красного смещения квазаров, находящихся на разном расстоянии от нас, удалось выявить аналогичные вариации свечения в оптическом спектре. Коррекция с учетом красного смещения необходима, так как из-за расширения Вселенной более далекие квазары не только краснее ближних, но также в них все изменения происходят медленнее – разумеется, с точки зрения наблюдателя. Обратный процесс также верен. Если мы знаем, с какой частотой изменяются оптические свойства квазара, то, найдя очередной и измерив частоту вариаций для него, можно определить красное смещение, а значит – расстояние до квазара. Это позволяет оценить размер Вселенной, создать ее карту, в которой реперными точками станут миллионы квазаров. «Похоже, мы имеем возможность получить удобное средство для анализа истории расширения Вселенной, –говорит Гленн Сатркман, профессор Университета. – Если мы сможем измерить красное смещение миллионов квазаров, мы также сможем составить представление о структуре Вселенных на еще больших красных смещениях». Заметим, что здесь и далее красное смещение будет обозначать не только свойство излучения, но и расстояние до объекта, однозначно им определяемое.

Дело за малым – рассмотреть большую выборку квазаров, чтобы подтвердить обнаруженные закономерности изменения излучения квазаров, показать, что они верны как для близких, так и для далеких объектов. При этом придется расстояние до квазаров определять другими путями. Ну а потом останется всего лишь изучить миллион-другой квазаров и создать карту всего мира. Жаль только, что путешественника, которому она пригодится, еще нет. Пока что изучены всего 14 квазаров, данные о которых собранны в рамках проекта Massive Compact Halo Objects, направленного на поиски темной материи в Млечном пути. Малая выборка частично компенсируется качеством полученных данных – каждый квазар наблюдался в течение сотен дней. Это позволило собрать надежные сведения об изменении их оптических свойств, для каждого объект построить точные графики, показывающие, когда их яркость увеличивается, а когда – спадает. Как оказалось, несмотря на различия в изменении других свойств, яркость в оптическом диапазоне изменялась практически одинаково для всех 14 изученных квазаров – разумеется, после учета немаловажного факта расширения Вселенной.

«Такое ощущение, что на квазарах есть переключатель яркости, и кто-то одновременно им работает, – говорит Старкман. – Общая зависимость оказалась на удивление схожей». Аналогичная зависимость для каждого квазара позволила с их помощью рассчитать красное смешение для каждого. При этом использовались два подхода. Сначала зависимости яркости от времени для каждого квазара были аппроксимированы прямыми линиями. Наклоны этих линий оказались связаны с красным смещением. Затем брался один из квазаров в выборке, для которого было известно красное смещение, и на основе этого значения и наклонов линий других линий вычислялось красное смещение 13 оставшихся квазаров. Но поскольку для них красное смещение также известно, это позволяет проверить методику и затем повторить весь цикло для следующего, таким образом, 14 раз проверив методику. Точность определения красного смещения составила 2% от истинного (известного заранее) значения.

Во втором методе брались значительные отрезки кривых светимости квазаров, и для каждой пары они сравнивались. Разумеется, ни о каком сходстве не могло быть и речи, но учитывая красное смещение, можно привести две кривые к сходству. Таким образом, задавшись одним квазаром с известным красным смещением, можно для каждого другого также подобрать смещение, которое позволило бы совместить кривые светимости. Точность при таком подходе достигла 1.5%.

Применение этой методики позволит измерять расстояния намного дальше, чем это возможно сейчас. Традиционный метод измерения расстояний во Вселенной – сверхновые типа Ia, которые видны при красном смещении до 1.7 (момент, когда Вселенная была в 2.7 раза меньше, чем сегодня). Но квазары – намного более яркие объекты, они видны на современном уровне развития техники при красном смещении до 7.1 – тогда Вселенная была в восемь раз меньше, чем сейчас. Расширение возможностей космологической картографии налицо. Возможно и дальнейшее усовершенствование, если методика окажется верна для квазаров на большем расстоянии. Это позволит намного дальше проникнуть в историю развития Вселенной. «Это позволит нам узнать, как гравитация создала структуру Вселенной, – говорит Старкман. – А скорость роста этой структуры позволит определить, что ответственно на ускоренное расширение Вселенной – темная энергия или измененный закон всемирного тяготения».