Галактика вселенная космос: Современное понятие о Вселенной — урок. География, 5 класс.

Обитаемый космос. Галактика наполнена похожими на Землю планетами

https://ria.ru/20181108/1532269817.html

Обитаемый космос. Галактика наполнена похожими на Землю планетами

Обитаемый космос. Галактика наполнена похожими на Землю планетами

Еще недавно ученые считали, что у Земли нет аналогов за пределами Солнечной системы. Но благодаря двум миссиям НАСА — космическому телескопу «Кеплер» и зонду… РИА Новости, 08.11.2018

2018-11-08T08:00

2018-11-08T08:00

2018-11-08T13:08

dawn

кеплер

наса

сша

космос — риа наука

наука

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn21.img.ria.ru/images/sharing/article/1532269817.jpg?15322257971541671729

МОСКВА, 08 ноя — РИА Новости. Еще недавно ученые считали, что у Земли нет аналогов за пределами Солнечной системы. Но благодаря двум миссиям НАСА — космическому телескопу «Кеплер» и зонду Dawn, эти представления были разрушены. РИА Новости рассказывает о революции в астрономии.Неведение — благо»Тридцать пять лет назад, когда заговорили о создании «Кеплера», мы не знали ни одной планеты вне Солнечной системы. Теперь установлено, что планет в Галактике больше, чем звезд. «Кеплер» показал: у будущих поколений землян есть вполне реальный шанс на изучение и колонизацию Млечного Пути», — приводит сайт НАСА слова Уильяма Боруцки (William Borucki), первого научного руководителя миссии. До конца прошлого века картина Галактики была довольно простой. Астрономы полагали, что в ней миллиарды звезд, некоторое количество черных дыр, гигантских газопылевых туманностей, а также тысячи пульсаров и других «выгоревших» звезд.Отсутствие свидетельств об иных мирах заставляло планетологов гадать, какие уникальные условия сложились в Солнечной системе для того, чтобы тут образовались сразу девять планет.

Первые планеты вне Солнечной системы открыли совсем не там, где ожидали, — в окрестностях как раз одного из «мертвых» светил, пульсара PSR B1257+12 в созвездии Девы. В 1992 году польские астрономы заметили необычные нарушения в частоте его радиовспышек, указавшие на существование как минимум одного спутника.Дальнейшие наблюдения за этим объектом, названным «Лич», выявили источник этих аномалий — две крупные каменистые планеты, вращавшиеся очень близко к пульсару. Это открытие поставило перед астрономами целый ряд новых вопросов: сколько планет в Млечном Пути, чем обусловлена невероятно высокая масса космической свиты «Лича», есть ли различия между планетами обычных звезд и пульсаров, как возникают эти небесные тела и существует ли на них жизнь? Долгое время приходилось ограничиваться гипотезами, так как у планетологов не было опыта проведения масштабной «переписи» миров за пределами Солнечной системы, как и возможности «пощупать» ее предположительные стройблоки, следы которых сохранились в астероидах и кометах.
Космический циклопКлассические способы открытия планет, опиравшиеся на небольшие сдвиги в спектре свечения звезд и частоте вспышек пульсаров, годились для поисков экзомиров лишь у одиночных светил. Частичная «перепись» только ближайших окрестностей Солнца заняла бы у ученых столетия, если не тысячи лет.Это стало возможным благодаря развитию компьютерных технологий и появлению новой методики поисков экзопланет — так называемого «транзитного метода», жертвовавшего точностью наблюдений ради очень существенного увеличения в скорости и массовости подобных открытий.Речь идет не только об увеличении мощности бортовых и наземных компьютеров, необходимых для параллельной обработки данных, но и о создании сверхчувствительных и компактных фотоматриц, способных работать в космосе. Высокая чувствительность камер была не праздным излишеством, а критически важным элементом транзитного метода, основанного на том, что яркость далеких звезд немного падает, когда по его диску проходит одна или несколько планет.
Подобные события зафиксировать достаточно сложно, учитывая огромное количество разных случайных факторов и процессов в недрах звезд, влияющих на их яркость. Новые статистические методы и большие мощности компьютеров позволяют «выловить» их, если наблюдать за одним и тем же светилом достаточно долго.Именно так работал «Кеплер» — космическая обсерватория НАСА стоимостью 600 миллионов долларов, выведенная на орбиту в марте 2009 года. По сути это гигантская зеркальная цифровая камера, собранная из 42 фотоматриц. Их общее разрешение составляло примерно 95 мегапикселей, а общий объем вырабатываемых данных был так велик, что телескоп мог отправлять лишь около 5 процентов из них на Землю в режиме «трансляции».Свет попадал на эти матрицы через очень сложные легкие и дорогие зеркала и линзы, покрывавшие примерно такую же область неба, что и кулак вытянутой руки.
Вся эта система была настроена таким образом, чтобы телескоп мог получать максимально достоверные данные о колебаниях в яркости звезд, из-за чего страдала четкость снимков. В первый период работы «Кеплер» постоянно смотрел в одну точку, расположенную на границе созвездий Лебедя, Лиры и Дракона, одновременно наблюдая за колебаниями в яркости примерно 150 тысяч звезд, похожих на Солнце. За небольшой их частью он следил фактически непрерывно, фиксируя изменения в яркости каждую секунду. Данные по остальным светилам обновлялись раз в несколько секунд или минут ради экономии памяти и процессорного времени.После поломки одного из стабилизаторов и перехода в новый режим работы, где роль гироскопа играл поток частиц солнечного ветра, первый «охотник за планетами» начал следить и за другими звездами, изучив в общей сложности около 530 тысяч светил до своего отключения в конце октября этого года.
Тень тысячи планетЧто удалось открыть «Кеплеру»? Оказалось, что почти все представления планетологов о том, как могут выглядеть планеты и как часто они встречаются, были частично или даже полностью ошибочными.Во-первых, как отметил Боруцки, уже первые годы наблюдений «Кеплера» убедительно показали, что в Галактике насчитываются миллиарды планет, и по текущим оценкам НАСА, в Млечном Пути их больше, чем звезд.В пользу этого говорит то, что за девять лет работы «Кеплер» обнаружил примерно 5,5 тысячи «кандидатов» на роль планет, в том числе десятки потенциальных аналогов Земли, находящихся внутри «зоны жизни». Примерно половина из них сегодня признана полноценными экзопланетами — их существование подтверждено наблюдениями при помощи других телескопов. Во-вторых, данные этой «переписи» указали на то, что землеподобные экзомиры встречаются в Галактике гораздо чаще, чем считали ученые.
Предполагалось, что самыми распространенными планетами должны быть так называемые «горячие юпитеры». Так ученые называют планеты-гиганты, вращающиеся крайне близко к светилу и разогретые до сверхвысоких температур.Благодаря «Кеплеру» установили, что это не так: небольшие каменистые планеты вращаются вокруг примерно каждой второй звезды, похожей на Солнце, а горячие юпитеры встречаются гораздо реже. Здесь, правда, есть одно небольшое «но»: почти все эти миры относятся к числу так называемых «суперземель», планет, чья масса в три-четыре раза больше, чем у Земли, но об их структуре, составе и свойствах мы пока ничего не знаем.Еще одна неожиданность была связана с тем, где обитают эти «непонятные» планеты, — часть из них оказалась «жительницами» двойных и даже тройных звездных систем, своеобразных аналогов Татуина из вымышленной вселенной «Звездных войн».
Раньше большинство ученых считали, что планеты у таких звезд не могут образоваться в принципе из-за гравитационных нестабильностей, однако «Кеплер» обнаружил дюжину подобных звездных систем, а также нашел намеки на существование «татуинов» — аналогов Земли. Помимо этого, телескоп открыл несколько других экзотических планетных семей, значительно подорвавших веру астрономов в уникальность Солнечной системы. К примеру, вращение миров в системе Kepler-80 оказалось синхронизовано таким образом, что они выстраиваются в одну и ту же фигуру каждые 27 дней, — похожим образом связаны Плутон и Нептун, а также Юпитер и ряд комет.Орбиты двух «суперземель» в системе Kepler-36 расположены так близко, что почти касаются друг друга, но столкновения никогда не произойдет из-за синхронизации их вращения. Еще экзотичнее выглядит звездная система Kepler-90: она состоит из восьми малых и крупных планет, как и Солнечная система, но целиком уместилась бы в пространство между Солнцем и Землей или в пустоте между орбитами Марса и Юпитера.
Уникальная ЗемляОткрытие этих необычных систем, а также отсутствие прямых аналогов Солнечной системы в «улове» телескопа заставили ученых задуматься о том, насколько уникальна Земля, Венера, Марс и прочие планеты нашей звездной семьи. »Кеплер» и другие орбитальные телескопы, к сожалению, не могут дать ответ на этот вопрос по двум причинам. Они умеют открывать новые планеты, но не позволяют понять, как выглядят эти миры, есть ли на них «кирпичики жизни», а также подсчитать, как много суперземель и прочих «экзотических» миров, не похожих на Землю, встречается в Галактике.Вполне возможно, что миниатюрных планет, похожих на Землю по размерам, на самом деле еще больше, чем их «видит» Кеплер, что потенциально сделает Солнечную систему менее уникальной, чем она кажется нам сейчас. Доказать или опровергнуть эту идею, как отмечал в беседе с РИА Новости астроном, профессор университета Колорадо (США) Фил Армитаж (Phil Armitage), пока невозможно.
С другой стороны, часть ответов на этот сложный вопрос в НАСА уже получили благодаря еще одной космической миссии — зонду Dawn, первой «многоразовой» межпланетной автоматической станции.Она была запущена в сентябре 2007 года, а в июле 2011-го зонд впервые в истории вышел на орбиту вокруг Весты — астероида главного пояса. Через пять лет Dawn достиг Цереры и проработал на ее орбите до этой осени. Как связаны эти крупные, но заурядные малые небесные тела Солнечной системы с открытиями «Кеплера» и изучением экзопланет? Дело в том, что данные, собранные Dawn, показали, что обе эти карликовые планеты были своеобразными «неудавшимися» зародышами планет, которые в прошлом могли превратиться в Землю, ее «больших сестер» или даже планеты-гиганты.Тысячи подобных планетарных «эмбрионов» возникали на первых стадиях формирования Солнечной системы и других планетных семей. Их дальнейшая судьба зависела от бесчисленного множества параметров, в том числе удаленности от светила, времени рождения, химического состава и многих других свойств, «отголоски» которых сохранились в материи Цереры и Весты.Первые подобные следы научная команда Dawn нашла в кратере «Реясильвия» на южном полюсе Весты почти семь лет назад. Инструменты зонда обнаружили здесь не только крупные запасы воды, указавшие на возможный путь их «доставки» на Землю и другие обитаемые миры, но и намеки на то, что в ядре, мантии и коре Весты присутствуют магматические горные породы, образующиеся лишь в ходе «горячих» геологических процессов. Это подтвердило «эмбриональную» природу этой карликовой планеты и указало на то, что подобные небесные тела формировались в первые мгновения жизни Солнечной системы. Это открытие значительно сузило число возможных вариантов формирования Земли, суперземель и других экзопланет. Более того, дальнейшее изучение поверхности Весты показало, что она может быть покрыта своеобразной «шубой из пыли», защищенной от солнечного ветра и состоящей из первичной материи Солнечной системы. Забор ее проб, соответственно, позволит еще больше сузить эту неопределенность.Перелет Dawn на Цереру, в свою очередь, помог закрыть один из пробелов, связанных с поисками следов «кирпичиков жизни» в космосе. Оказалось, что примерно половина поверхности этой карликовой планеты покрыта большими запасами органических молекул, во что раньше тоже никто не верил. Это значительно упрощает поиски ответа на главный вопрос о зарождении жизни на Земле: откуда на нашей планете появились ее стройблоки. Открытия Dawn говорят, что они или присутствовали тут изначально, или их доставили подобные протопланетные тела, с которыми Земля сталкивалась в первые мгновения своей жизни. Как подчеркивают представители и той, и другой миссии, объем собранных научных данных настолько велик, что ученые пока еще не завершили их анализ. Возможно, в этой кипе информации скрываются и другие интересные открытия, приближающие человечество к ответу на главные вопросы — насколько мы уникальны и где еще во Вселенной существует жизнь.

https://ria.ru/20170904/1501706859.html

https://ria.ru/20170725/1499115188.html

https://ria.ru/20160126/1364959164.html

https://ria.ru/20171020/1507245036.html

https://ria.ru/20171228/1511872797.html

https://ria.ru/20170413/1492147191.html

https://ria.ru/20160901/1475828166.html

https://ria.ru/20120510/646270143.html

https://ria.ru/20180601/1521892167.html

https://ria.ru/20170728/1495713381.html

сша

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

2018

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

dawn, кеплер, наса, сша, космос — риа наука

МОСКВА, 08 ноя — РИА Новости. Еще недавно ученые считали, что у Земли нет аналогов за пределами Солнечной системы. Но благодаря двум миссиям НАСА — космическому телескопу «Кеплер» и зонду Dawn, эти представления были разрушены. РИА Новости рассказывает о революции в астрономии.

Неведение — благо

«Тридцать пять лет назад, когда заговорили о создании «Кеплера», мы не знали ни одной планеты вне Солнечной системы. Теперь установлено, что планет в Галактике больше, чем звезд. «Кеплер» показал: у будущих поколений землян есть вполне реальный шанс на изучение и колонизацию Млечного Пути», — приводит сайт НАСА слова Уильяма Боруцки (William Borucki), первого научного руководителя миссии. 

До конца прошлого века картина Галактики была довольно простой. Астрономы полагали, что в ней миллиарды звезд, некоторое количество черных дыр, гигантских газопылевых туманностей, а также тысячи пульсаров и других «выгоревших» звезд.

Отсутствие свидетельств об иных мирах заставляло планетологов гадать, какие уникальные условия сложились в Солнечной системе для того, чтобы тут образовались сразу девять планет.

4 сентября 2017, 13:28НаукаАстрономы нашли следы воды на «кузинах Земли» в системе TRAPPIST-1

Первые планеты вне Солнечной системы открыли совсем не там, где ожидали, — в окрестностях как раз одного из «мертвых» светил, пульсара PSR B1257+12 в созвездии Девы. В 1992 году польские астрономы заметили необычные нарушения в частоте его радиовспышек, указавшие на существование как минимум одного спутника.

Дальнейшие наблюдения за этим объектом, названным «Лич», выявили источник этих аномалий — две крупные каменистые планеты, вращавшиеся очень близко к пульсару. 

Это открытие поставило перед астрономами целый ряд новых вопросов: сколько планет в Млечном Пути, чем обусловлена невероятно высокая масса космической свиты «Лича», есть ли различия между планетами обычных звезд и пульсаров, как возникают эти небесные тела и существует ли на них жизнь? 

25 июля 2017, 13:05НаукаАстрономы провели первую перепись «планет-изгоев» Галактики

Долгое время приходилось ограничиваться гипотезами, так как у планетологов не было опыта проведения масштабной «переписи» миров за пределами Солнечной системы, как и возможности «пощупать» ее предположительные стройблоки, следы которых сохранились в астероидах и кометах.

Космический циклоп

Классические способы открытия планет, опиравшиеся на небольшие сдвиги в спектре свечения звезд и частоте вспышек пульсаров, годились для поисков экзомиров лишь у одиночных светил. Частичная «перепись» только ближайших окрестностей Солнца заняла бы у ученых столетия, если не тысячи лет.

Это стало возможным благодаря развитию компьютерных технологий и появлению новой методики поисков экзопланет — так называемого «транзитного метода», жертвовавшего точностью наблюдений ради очень существенного увеличения в скорости и массовости подобных открытий.

26 января 2016, 05:09НаукаУченые нашли планету, удаленную от звезды на триллион километровНедавно открытая «планета-изгой» в созвездии Октанта оказалась не бездомной беглянкой, а относительно «обычной» планетой, вращающейся на рекордном расстоянии от светила – триллион километров, год на которой длится почти миллион лет.

Речь идет не только об увеличении мощности бортовых и наземных компьютеров, необходимых для параллельной обработки данных, но и о создании сверхчувствительных и компактных фотоматриц, способных работать в космосе.  

Высокая чувствительность камер была не праздным излишеством, а критически важным элементом транзитного метода, основанного на том, что яркость далеких звезд немного падает, когда по его диску проходит одна или несколько планет.

Подобные события зафиксировать достаточно сложно, учитывая огромное количество разных случайных факторов и процессов в недрах звезд, влияющих на их яркость. Новые статистические методы и большие мощности компьютеров позволяют «выловить» их, если наблюдать за одним и тем же светилом достаточно долго.

Именно так работал «Кеплер» — космическая обсерватория НАСА стоимостью 600 миллионов долларов, выведенная на орбиту в марте 2009 года. По сути это гигантская зеркальная цифровая камера, собранная из 42 фотоматриц. Их общее разрешение составляло примерно 95 мегапикселей, а общий объем вырабатываемых данных был так велик, что телескоп мог отправлять лишь около 5 процентов из них на Землю в режиме «трансляции».

Свет попадал на эти матрицы через очень сложные легкие и дорогие зеркала и линзы, покрывавшие примерно такую же область неба, что и кулак вытянутой руки. Вся эта система была настроена таким образом, чтобы телескоп мог получать максимально достоверные данные о колебаниях в яркости звезд, из-за чего страдала четкость снимков. 

20 октября 2017, 13:51НаукаАстроном НАСА рассказал, почему ученые до сих пор не нашли пришельцев

В первый период работы «Кеплер» постоянно смотрел в одну точку, расположенную на границе созвездий Лебедя, Лиры и Дракона, одновременно наблюдая за колебаниями в яркости примерно 150 тысяч звезд, похожих на Солнце. За небольшой их частью он следил фактически непрерывно, фиксируя изменения в яркости каждую секунду. Данные по остальным светилам обновлялись раз в несколько секунд или минут ради экономии памяти и процессорного времени.

После поломки одного из стабилизаторов и перехода в новый режим работы, где роль гироскопа играл поток частиц солнечного ветра, первый «охотник за планетами» начал следить и за другими звездами, изучив в общей сложности около 530 тысяч светил до своего отключения в конце октября этого года.

Тень тысячи планет

Что удалось открыть «Кеплеру»? Оказалось, что почти все представления планетологов о том, как могут выглядеть планеты и как часто они встречаются, были частично или даже полностью ошибочными.

Во-первых, как отметил Боруцки, уже первые годы наблюдений «Кеплера» убедительно показали, что в Галактике насчитываются миллиарды планет, и по текущим оценкам НАСА, в Млечном Пути их больше, чем звезд.

В пользу этого говорит то, что за девять лет работы «Кеплер» обнаружил примерно 5,5 тысячи «кандидатов» на роль планет, в том числе десятки потенциальных аналогов Земли, находящихся внутри «зоны жизни». Примерно половина из них сегодня признана полноценными экзопланетами — их существование подтверждено наблюдениями при помощи других телескопов. 

28 декабря 2017, 10:42НаукаУченые: Галактику могут заселять миллионы «брошенных» лун

Во-вторых, данные этой «переписи» указали на то, что землеподобные экзомиры встречаются в Галактике гораздо чаще, чем считали ученые. Предполагалось, что самыми распространенными планетами должны быть так называемые «горячие юпитеры». Так ученые называют планеты-гиганты, вращающиеся крайне близко к светилу и разогретые до сверхвысоких температур.

Благодаря «Кеплеру» установили, что это не так: небольшие каменистые планеты вращаются вокруг примерно каждой второй звезды, похожей на Солнце, а горячие юпитеры встречаются гораздо реже. Здесь, правда, есть одно небольшое «но»: почти все эти миры относятся к числу так называемых «суперземель», планет, чья масса в три-четыре раза больше, чем у Земли, но об их структуре, составе и свойствах мы пока ничего не знаем.

Еще одна неожиданность была связана с тем, где обитают эти «непонятные» планеты, — часть из них оказалась «жительницами» двойных и даже тройных звездных систем, своеобразных аналогов Татуина из вымышленной вселенной «Звездных войн».

Раньше большинство ученых считали, что планеты у таких звезд не могут образоваться в принципе из-за гравитационных нестабильностей, однако «Кеплер» обнаружил дюжину подобных звездных систем, а также нашел намеки на существование «татуинов» — аналогов Земли.  

13 апреля 2017, 10:56НаукаАстрономы НАСА доказали, что обитаемые «татуины» могут существовать

Помимо этого, телескоп открыл несколько других экзотических планетных семей, значительно подорвавших веру астрономов в уникальность Солнечной системы. К примеру, вращение миров в системе Kepler-80 оказалось синхронизовано таким образом, что они выстраиваются в одну и ту же фигуру каждые 27 дней, — похожим образом связаны Плутон и Нептун, а также Юпитер и ряд комет.

Орбиты двух «суперземель» в системе Kepler-36 расположены так близко, что почти касаются друг друга, но столкновения никогда не произойдет из-за синхронизации их вращения. Еще экзотичнее выглядит звездная система Kepler-90: она состоит из восьми малых и крупных планет, как и Солнечная система, но целиком уместилась бы в пространство между Солнцем и Землей или в пустоте между орбитами Марса и Юпитера.

Уникальная Земля

Открытие этих необычных систем, а также отсутствие прямых аналогов Солнечной системы в «улове» телескопа заставили ученых задуматься о том, насколько уникальна Земля, Венера, Марс и прочие планеты нашей звездной семьи.  

«Кеплер» и другие орбитальные телескопы, к сожалению, не могут дать ответ на этот вопрос по двум причинам. Они умеют открывать новые планеты, но не позволяют понять, как выглядят эти миры, есть ли на них «кирпичики жизни», а также подсчитать, как много суперземель и прочих «экзотических» миров, не похожих на Землю, встречается в Галактике.

1 сентября 2016, 15:40НаукаУченый: «камарильи» пришельцев могут скрывать себя от землянЧеловечество до сих пор не нашло разумную внеземную жизнь по той причине, что в окружающей нас Вселенной могут присутствовать своеобразные «клики» инопланетян, активно общающихся друг с другом и скрывающих факт своего существования от Земли.

Вполне возможно, что миниатюрных планет, похожих на Землю по размерам, на самом деле еще больше, чем их «видит» Кеплер, что потенциально сделает Солнечную систему менее уникальной, чем она кажется нам сейчас. Доказать или опровергнуть эту идею, как отмечал в беседе с РИА Новости астроном, профессор университета Колорадо (США) Фил Армитаж (Phil Armitage), пока невозможно.

С другой стороны, часть ответов на этот сложный вопрос в НАСА уже получили благодаря еще одной космической миссии — зонду Dawn, первой «многоразовой» межпланетной автоматической станции.

Она была запущена в сентябре 2007 года, а в июле 2011-го зонд впервые в истории вышел на орбиту вокруг Весты — астероида главного пояса. Через пять лет Dawn достиг Цереры и проработал на ее орбите до этой осени. 

10 мая 2012, 22:10НаукаВеста оказалась мертвым «зародышем» планетыОсобый минеральный состав кратера на южном полюсе астероида Веста, карта минералов и другие данные, полученные при помощи приборов американского зонда Dawn, подтвердили гипотезу о том, что данное небесное тело является мертвым «зародышем» планеты, заявляют астрономы в статьях, опубликованных в журнале Science.

Как связаны эти крупные, но заурядные малые небесные тела Солнечной системы с открытиями «Кеплера» и изучением экзопланет? Дело в том, что данные, собранные Dawn, показали, что обе эти карликовые планеты были своеобразными «неудавшимися» зародышами планет, которые в прошлом могли превратиться в Землю, ее «больших сестер» или даже планеты-гиганты.

Тысячи подобных планетарных «эмбрионов» возникали на первых стадиях формирования Солнечной системы и других планетных семей. Их дальнейшая судьба зависела от бесчисленного множества параметров, в том числе удаленности от светила, времени рождения, химического состава и многих других свойств, «отголоски» которых сохранились в материи Цереры и Весты.

Первые подобные следы научная команда Dawn нашла в кратере «Реясильвия» на южном полюсе Весты почти семь лет назад. Инструменты зонда обнаружили здесь не только крупные запасы воды, указавшие на возможный путь их «доставки» на Землю и другие обитаемые миры, но и намеки на то, что в ядре, мантии и коре Весты присутствуют магматические горные породы, образующиеся лишь в ходе «горячих» геологических процессов. 

Это подтвердило «эмбриональную» природу этой карликовой планеты и указало на то, что подобные небесные тела формировались в первые мгновения жизни Солнечной системы. Это открытие значительно сузило число возможных вариантов формирования Земли, суперземель и других экзопланет.

Более того, дальнейшее изучение поверхности Весты показало, что она может быть покрыта своеобразной «шубой из пыли», защищенной от солнечного ветра и состоящей из первичной материи Солнечной системы. Забор ее проб, соответственно, позволит еще больше сузить эту неопределенность.

Перелет Dawn на Цереру, в свою очередь, помог закрыть один из пробелов, связанных с поисками следов «кирпичиков жизни» в космосе. Оказалось, что примерно половина поверхности этой карликовой планеты покрыта большими запасами органических молекул, во что раньше тоже никто не верил. 

1 июня 2018, 17:13НаукаАстрономы назвали 121 планету, на чьих лунах может скрываться жизнь

Это значительно упрощает поиски ответа на главный вопрос о зарождении жизни на Земле: откуда на нашей планете появились ее стройблоки. Открытия Dawn говорят, что они или присутствовали тут изначально, или их доставили подобные протопланетные тела, с которыми Земля сталкивалась в первые мгновения своей жизни.

Как подчеркивают представители и той, и другой миссии, объем собранных научных данных настолько велик, что ученые пока еще не завершили их анализ. Возможно, в этой кипе информации скрываются и другие интересные открытия, приближающие человечество к ответу на главные вопросы — насколько мы уникальны и где еще во Вселенной существует жизнь.

28 июля 2017, 09:57ИнфографикаВозьмут ли меня в космонавты?Пройдите тест на Ria.ru и узнайте, каковы ваши шансы стать космонавтом.

Астрономы нашли следы одной из первых звезд Вселенной — Космос

СИДНЕЙ, 5 августа. /Корр. ТАСС Анна Аркаева/. Призрачный след одной из первых звезд Вселенной нашли астрономы из обсерватории Австралийского национального университета (АНУ). Как сообщила в понедельник пресс-служба вуза, обломки небесного тела были обнаружены на краю галактики Млечный путь.

Спецпроект на тему

По словам астронома АНУ, доктора Томаса Нордландера, старый красный гигант, найденный им на расстоянии 35 тыс. световых лет от Солнечной системы, вероятно появился в результате гибели одной из первых, вспыхнувших во Вселенной звезд. «Нашу находку можно назвать своего рода машиной времени, ведь она возвращает нас во времена зарождения первых звезд во Вселенной. Структура элементов найденной звезды указывает на ее предка — взорвавшуюся миллиарды лет назад сверхновую», — рассказал руководитель Центра передового опыта исследовательской Школы астрономии и астрофизики АНУ.

Доктор Нордландер и его коллеги сравнили структуру элементов звезды, найденной на окраине Млечного Пути, с предполагаемой структурой первых звезд Вселенной и обнаружили ряд сходных показателей. В составе красного гиганта, получившего название SMSS J160540.18-144323.1, было обнаружен крайне низкий уровень железа — «самый низкий, из когда-либо зафиксированных, что указывает на то, что звезда родилась всего через одно поколение после первых звезд Вселенной», — отметил астроном.

«Мы думаем, что энергия от взрыва древней сверхновой была настолько слабой, что большинство тяжелых элементов упало обратно в плотный остаток взрыва и лишь небольшая их часть вырвалась в космос и помогла сформировать старую звезду, которую мы нашли. Она вероятно родилась всего через несколько сотен миллионов лет после Большого Взрыва, в космических масштабах — это совсем небольшой срок, и живет до сих пор. Если можно так выразиться, это очень анемичная звезда, с низким уровнем железа — примерно в 1,5 млн раз ниже, чем у Солнца: только один атом из каждых 50 млрд является железом, как одна капля воды в олимпийском бассейне «, — рассказал Нордландер.

Как отмечают исследователи из АНУ, сейчас вероятность обнаружения истинных первых звезд крайне мала, поскольку едва ли хоть одна из них дожила до наших дней, однако астрономы настроены оптимистично, поскольку теперь уверены, что древние звезды можно изучать, анализируя структуру старых небесных тел галактики.

Астрономы впервые наблюдали начало конца далекой галактики — Наука

С помощью обсерватории ALMA ученые впервые заметили, как далекая галактика выбросила в окружающий космос почти половину газа, который необходим ей для формирования звезд. Количество газа, которое выходит из этой галактики за один земной год, в 10 тыс. раз больше, чем масса Солнца. Ученые считают, что это начало конца для галактики – постепенно в ней закончится газ для звездообразования и она «умрет». Статью об этом опубликовал научный журнал Nature Astronomy.

Галактика «живет», пока в ней достаточно газа для производства звезд. Когда такой газ заканчивается, галактика погибает. Астрономам редко выдается шанс наблюдать детали этого процесса. Благодаря инструментам обсерватории ALMA они впервые увидели, как начинается угасание очень далекой галактики ID2299.

Свет от нее идет до Земли около 9 млрд лет, то есть она располагается на расстоянии более 9 млрд световых лет от нас. Более – потому что за то время, пока этот свет шел до Земли, Вселенная продолжала расширяться. То есть сейчас астрономы видят эту галактику в том состоянии, в котором она была спустя 4,5 млрд лет после Большого взрыва.

Исследуя снимки ALMA, астрономы под руководством Аннаграции Пульиcи из Даремского университета (Великобритания) обнаружили, что в то время, 9 млрд лет назад, из ID2299 в межгалактическое пространство очень интенсивно утекал холодный газ – «топливо» для новых звезд. Скорость истечения была эквивалентна 10 тыс. массам Солнца в год, то есть около 46% всего газа в этой галактике.

При этом в ID2299 продолжались активные процессы звездообразования, то есть газ расходовался и на рождение звезд, и уходил «вхолостую». Астрономы предполагают, что из-за этого галактика может очень быстро погаснуть – всего через десятки миллионов лет, небольшое время по меркам Вселенной.

Раньше астрономы предполагали, что галактики начинают выбрасывать вещество из-за звездных ветров и активности черных дыр в их центре. Однако в случае с ID2299 все может быть иначе. Дело в том, что Пульиси и ее коллеги разглядели на снимках ALMA не только выброс газа, но и так называемый приливный хвост.

Так называют вытянутые потоки газа и звезд, которые истекают в межгалактическое пространство из-за слияния галактик. Обычно у далеких галактик разглядеть подобный хвост довольно сложно, но Пульиси и ее коллегам это удалось. Они подозревают, что за истечение газа из ID2299 отвечает именно приливный хвост. То есть к началу угасания этой галактики могло привести столкновение двух других галактик, в результате которого, вероятно, ID2299 и сформировалась.

» Наше исследование показывает, что газовые истечения могут порождаться слияниями галактик и что звездные ветры и приливные хвосты могут действовать очень похожим образом», – считает коллега Пульиси Эманюэль Дадди. Поэтому, считает она, астрономам, возможно, придется пересмотреть свои взгляды относительно того, как «умирают» галактики.

Ученые надеются, что в будущем смогут продолжить наблюдения ID2299 с помощью инструментов ALMA, увеличив разрешение снимков. Благодаря этому можно будет лучше понять, как именно галактика выбрасывала этот газ, а также больше узнать о процессе угасания галактик.

Что такое галактика

Узнав  масштабы нашей вселенной  люди осознали, что Земля не является центром мироздания. Уяснив, что даже громадная Солнечная система не весь мир, воображение зашкалило. Ведь все звёзды, что мы можем наблюдать, только малая часть огромнейшего образования – галактики.

Содержание страницы:

Галактика — гигантское космические скопление звезд, газа и пыли, удерживаемые силами гравитации. Все объекты, входящие в состав галактики обращаются вокруг общего центра масс. Чаще всего это гигантское ядро, которое находится в центре, состоящее из черной дыры.

С появлением телескопа «Хаббл» астрономы начали наблюдения за далекими галактиками. Наблюдаемая часть Вселенной содержит их не менее 100 млрд. штук! Они распределены хаотично – есть районы сосредоточения плотных групп галактик, есть совсем пустынные области. Массы галактик колеблются от 107 до 1012 масс нашего Солнца. Диаметры их составляют от 16 тыс. до 800 тыс. световых лет.

Галактические объединения и состав галактик

Галактики состоят всего из трех компонент:

  1. Тёмная материя, составляет основную часть массы
  2. Межзвездный газ и пыль, которого 10 – 30%
  3. Звёзды, черные дыры, нейтронные звезды, планеты, астероиды и прочая мелочь общей массой около 1%

Около 95% галактик собраны в группы. Минимальные группы насчитывают всего несколько десятков объектов, а большие — десятки тысяч. Сотни галактик объединяются в скопления, а тысячи – в сверхскопления.

Структура

  • Ядро. Обычно подразумеваются активные ядра в самом центре. В ядрах галактик живут огромные чёрные дыры.
  • Диск. В этом тонком слое сконцентрировано наибольшее количество галактических объектов (звезд, газа, пыли).
  • Балдж.  Это яркая внутренняя часть в центре. Буквально означает «вздутие».
  • Гало. Это название внешнего сфероидального компонента. Между ним и балджем нет чёткой границы.
  • Спиральный рукав. Представляет собой плотную структуру, в состав которой входят молодые звёзды и межзвёздный газ.
  • Бар. Перемычка в виде плотного вытянутого образования. Состоит из межзвёздного газа и звёзд.

Виды галактик

  1. Эллиптические. У них нет дисковой составляющей, или же она малоконтрастна.
  2. Спиральные. Имеют спиральные ветви, реже выраженные в кольца.
  3. Линзообразные. Отличаются от спиральных только отсутствием чёткого спирального рукава. Процент межзвёздного газа в них мал, поэтому темп образования новых звезд в них низок.
  4. Неправильные. Имеют клочковатую, изорванную структуру. Содержат в себе до 50% межзвездного газа.

Столкновения

Столкновения галактик не редкий случай во Вселенной. С большой долей вероятности, и наш Млечный Путь испытал подобное около 2 млрд. лет назад.  Поскольку расстояния между объектами очень велики, то при соприкосновении лишь некоторые из звёзд реально сталкиваются. Галактики имеют различные скорости, поэтому и процесс столкновения происходит всегда по-разному. Зачастую это переходит в слияние галактик, или они пролетают сквозь друг-друга.

Как они произошли

Есть две разных версии происхождения галактик:

  1. Образование из малых объектов. Вначале образовались области неоднородной материи массой около 1 млн. солнечных. Постепенно они сливались и создавали более крупные образования, набирая массу сотен миллиардов звёзд. После этого происходило объединение галактик в группы и скопления.
  2. Образование из крупных объектов. После Большого взрыва в пространстве происходило сильное расширение, «растягивающее» крупные образования. Из них получались «листы» плотной материи,  из которых рождались шаровые скопления.

Как изучают галактики

Великий Кант уже в 1755 году предвидел, что галактика может состоять из огромного количества звёзд и вращаться. У. Гершель в 1780 году подтвердил эту гипотезу. Он произвёл систематический подсчёт видимых светил, и на основе наблюдений ему удалось составить трёхмерную структуру Млечного Пути.

А в 1936 году  галактики были классифицированы Э. Хабблом. Этой классификацией пользуются и ныне. Ему также удалось определить расстояние до Туманности Андромеды, правда, с большой погрешностью. Но главное, что было им установлено что Вселенная не ограничена Млечным Путём.

Используя эффект Доплера (точнее, его следствие — красное смещение) в спектрах галактик установлено, что все наблюдаемые галактики – за исключением ближайших – удаляются от нас.И чем больше удалённость наблюдаемого объекта, тем выше его скорость. Из этого может следовать только одно: в очень далёком будущем остальные галактики и звёзды просто исчезнут из виду, так как свет от них уже не будет до нас долетать. А наша галактика сольется с Туманностью Андромеды.

Что нам известно о космосе и Вселенной. Существуют ли параллельные миры

И.М. Капитонов

Что нам известно о космосе и Вселенной.


Существуют ли параллельные миры

(популярная лекция, прочитанная 21 мая 2016 г. для участников и слушателей музыкального фестиваля на открытом воздухе «Open-air Шокофест» в усадьбе «Отрада» под г. Серпухов, Калужская обл.)

 

Открылась бездна, звёзд полна.
Звездáм числа нет, бездне – дна.
Ломоносов

 

И страшным, страшным креном
к другим каким-нибудь неведомым Вселенным
повёрнут Млечный Путь.
Б. Пастернак
(из стрихотворения «Лётчик»)

 

Только две вещи потрясают меня на этом свете:
звёздное небо над нами 
и нравственный закон внутри нас.
 Кант 

 

Эволюцию мира можно сравнить с фейерверком,
который почти закончился:
несколько красных угольков, пепел и дым.
Стоя на остывшем пепле,
мы видим медленно угасающие солнца и пытаемся
воскресить исчезнувшее великолепие начала миров.
Леметр

         СОДЕРЖАНИЕ:

  1. Земля и Солнце.
  2. Ближайшая к Солнцу звезда.
  3. Галактики.
  4. Другие, помимо звёзд, объекты Вселенной.
  5. Тёмная материя.
  6. Средняя плотность материи-энергии Вселенной.
  7. Количественный состав различных форм материи-энергии Вселенной.
    Космологический вакуум и антигравитация.
  8. Природа Большого Взрыва.
  9. Биография Вселенной.
  10. Будущее Вселенной.
  11. Параллельные миры.

1.    Мы живём на Земле. Она и мы состоим из атомов различных химических элементов. Земля вращается вокруг Солнца – звезды, загоревшейся 5 миллиардов лет назад и излучающей в пространство электромагнитную энергию за счёт термоядерного слияния внутри неё четырех ядер водорода в одно ядро гелия. Эта энергия – основа всего живого на Земле. Её хватит ещё примерно на 5 миллиардов лет, после чего Солнце начнёт угасать. Солнце находится от нас на расстоянии 150 миллионов км и свет от него доходит до нас за 8 минут. Доказательством термоядерных процессов внутри Солнца является мощный поток нейтрино, испускаемых из его глубин. Мы буквально купаемся в этом потоке: сотни триллионов солнечных нейтрино в секунду пронизывают наше тело.

2.    Ближайшая к нам звезда (не Солнце) это Проксима Центавра, находящаяся от нас на расстоянии 40 триллионов км. Если мы оседлаем луч света и полетим на нём к этой звезде, то достигнем её лишь через 4 года, минуя практически пустое немыслимо громадное и почти абсолютно холодное пространство (его температура ниже температуры замерзания воды на 170о С (т.е. по Цельсию) и выше абсолютного нуля всего на 2,7 градусов). И Солнце и Проксима Центавра вместе с другими 300 миллиардами звезд образуют нашу галактику – Млечный Путь, плоскую спиральную галактику диаметром 100 000 световых лет, вращающуюся вокруг своего центра со скоростью 1 оборот за 300 миллионов лет. Солнце располагается на расстоянии 26 тысяч световых лет от центра Млечного Пути.

3. Наша галактика вместе с гравитационно связанными 40-50 другими галактиками образуют скопление галактик (туда входят Большое и Малое Магелланово Облако, галактика Андромеды и др.). Общий размер этого скопления 2 миллиона световых лет. В свою очередь это скопление галактик образует с ближайшими подобными скоплениями сверхскопления. Их размер – сотни миллионов световых лет. Мы входим в сверхскопление Девы размером около 100 миллионов световых лет. Средние расстояния между сверхскоплениями приближаются к миллиарду световых лет. В масштабе порядка 3 миллиардов световых лет Вселенная выглядит однородной, т.е. примерно с одинаковым распределением материи одной и той же природы.

4.    Массы самых крупных звёзд могут примерно в 100 раз превышать массу Солнца (2·1030 кг). Что представляют собой объекты Вселенной, помимо звёзд? Это компактные образования, масса которых недостаточна для гравитационного разогрева до температур необходимых для зажигания реакций термоядерного синтеза – около 10 миллионов градусов Кельвина (в дальнейшем все температуры указываются в этих единицах, т.е. отсчитываются от абсолютного нуля, равного минус 273о С). Это объекты, масса которых не более 0,1 массы Солнца – большие, средние и малые планеты. Это остатки отгоревших, но невзорвавшихся звёзд (их исходная масса не превышает 10 масс Солнца) – белые и чёрные карлики. Это остатки взорвавшихся (так называемых, сверхновых) звёзд с исходной массой более 10 масс Солнца – нейтронные звёзды (для их образования исходная масса звезды не должна превышать 30-40 масс Солнца) и чёрные дыры (для их образования исходная масса звезды должна превышать 30-40 масс Солнца). Существуют также сверхмассивные чёрные дыры с массами от миллионов до десятков миллиардов солнечных масс, располагающиеся в центре галактик и звёздных скоплений. Кроме того имеются кометы и астероиды и межзвёздная пыль. Вся эта материя состоит в основном из известных нам нейтральных (т.е. неионизованных) атомов различных химических элементов, если не имеются в виду звёзды, или этих атомов в форме плазмы (ионизованных атомов и оторванных от них электронов), если речь идёт о звёздах. Всю эту материю специалисты называют «барионной». Она может поглощать и испускать электромагнитное излучение различных длин волн (видимый свет, инфракрасное, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение, радиоизлучение, микроволны) и поэтому её присутствие сравнительно легко обнаружить. Барионная материя на 91% состоит из водорода и примерно на 9% из гелия. На долю более тяжёлых химических элементов приходится менее 0,2%. Барионная материя в сильно модифицированном и усложнённом большой плотностью виде входит в состав нейтронных звёзд и чёрных дыр. В горящих звёздах содержится не более 10% массы барионной материи. Средние и тяжёлые химические элементы (кремний, кальций, железо, никель и более тяжёлые), которые входят в состав человеческого организма, образуются при горении массивных звёзд и выбрасываются в космос при взрывах сверхновых (т.е. очень массивных) звёзд – редком, фантастически мощном и эффектном явлении, когда вспыхивающая звезда светит как целая галактика из миллиардов звёзд. В среднего размера галактике это происходит 1-2 раза в столетие. Таким образом, содержащиеся в человеческом организме средние и тяжёлые химические элементы, такие как железо или кальций в костях, – это остатки взрывов сверхновых звёзд, которые произошли ещё до образования Солнца.

5.    Поразительно то, что все перечисленные в предыдущем пункте объекты, входящие в понятие «барионная материя», и которые сравнительно легко наблюдать по поглощению или излучению электромагнитных волн различного частотного диапазона, составляют лишь 5% материи, населяющей нашу Вселенную. Природа остальной (и доминирующей во Вселенной) части материи, на долю которой приходится 95% её массы и энергии, нам неизвестна. Она не испускает электромагнитные волны и не реагирует на них и проявляет себя лишь в гравитации, в частности в форме привычного нам ньютоновского «всемирного тяготения». Поэтому эту загадочную материю называют «тёмной». Барионную материю при этом часто условно именуют «видимой».

6.    Мы уже знаем, что видимая (барионная) материя компактно концентрируется в звёздах, планетах и более мелких телах, собранных в галактики. Но между этими компактными материальными образованиями невообразимо гигантские пространства практически невидимой пустоты. Средняя концентрация материи во Вселенной ничтожна. Если мы равномерно размажем по Вселенной всю материю, то её плотность будет лишь около 10−29 г/см3 (напомним, что плотность воды 1 г/см3). Столь ничтожную плотность трудно даже представить. Если взять 1/5 часть капли росы и равномерно размазать её по объёму Земного шара, то мы получим представление о средней плотности материи во Вселенной. Даже самый глубокий технический вакуум, который способен искусственно создать человек, неизмеримо плотнее, чем вышеупомянутая «пустота» Вселенной, отвечающая плотности 10-29 г/см3.

7.    Вернёмся к количественному соотношению различных форм материи-энергии во Вселенной. Цифры таковы:
    1) Барионная материя (нейтральные и ионизованные атомы) – 5%,
    2) Тёмная материя – 95%. Эта материя в свою очередь делится на
        а. Холодную тёмную материю – 26-27%  и
        b. Тёмную энергию (космологический вакуум) – 68-69%.

    Природа холодной тёмной материи не ясна. По-видимому, это какие-то электрически нейтральные массивные элементарные частицы (во много раз тяжелее атомов водорода). Поиски этого вида тёмной материи интенсивно ведутся в лабораториях, в том числе и на Большом Адронном Коллайдере. Холодная тёмная материя наделена обычной притягивающей (ньютоновской) гравитацией. Поэтому она, как и барионная материя, собирается в сгустки (кластеры). Фактически места скоплений обычной (галактики) и холодной тёмной материи в основном совпадают.
    Что касается тёмной энергии, то она не способна к кластеризации. Этот вид материи исполняет роль неустранимой субстанции, равномерно разлитой по всему пространству. Мы её не чувствуем. Она не препятствует любому движению сквозь неё. Фактически это космологический вакуум. Отметим, что вакуум это не абсолютная пустота, которая в природе невозможна, а минимальное энергетическое состояние физических полей, заполняющих пространство. Космологический вакуум одинаков везде. И совершенно удивительным его свойством является антигравитация. Если два обычных тела погрузить в этот вакуум, то помимо притягивающей (ньютоновской) гравитации они будут испытывать расталкивающую антигравитацию этого вакуума. На малых расстояниях побеждает ньютоновское притяжение, сила которого обратна пропорциональна квадрату расстояния R между телами (~1/R2). На больших расстояниях (масштаба расстояний между далекими галактиками или их скоплениями), где ньютоновское притяжение перестаёт ощущаться, побеждает космологическое отталкивание вакуума, сила которого пропорциональна R. Следствием этого (и доминирующего вклада космологического вакуума в общий «бюджет» материи-энергии Вселенной) является ускоренное удаление далёких галактик друг от друга, экспериментально обнаруженное в самом конце прошлого столетия (1998-1999 гг.) и отмеченное Нобелевской премией. За счёт этого, всё более ускоряющегося разбегания галактик, наш мир будет становиться всё более разреженным и холодным, и его в далёком будущем ждёт судьба абсолютно тёмной и холодной вселенской пустыни.

8.    Ну, а что можно сказать об истории Вселенной? Мы видим, что Вселенная расширяется (сейчас и в последние несколько миллиардов лет – ускоренно). Если проследить историю Вселенной в обратном по времени направлении (как прокручивают фильм в обратном направлении), то неизбежен вывод о всё большем сжатии Вселенной при приближении её к всё более ранним временам существования. В процессе такого возврата к прошлому плотность и температура Вселенной будут неуклонно возрастать и, в конце концов, она превратится в бесконечно плотную и горячую точку. Этот момент считают моментом рождения нашей Вселенной, и сам этот процесс рождения называют Большим Взрывом. Довольно легко установить, что это произошло почти 14 миллиардов лет назад. Это и есть возраст нашей Вселенной. Что было до момента Большого Взрыва, мы не знаем и человечество, может не узнать это никогда. Но гипотезы имеют право на существование.
    Итак, пусть 14 миллиардов лет назад Вселенная представляла собой крохотный гигантски сжатый горячий сгусток материи. Откуда взялся этот сгусток, и что заставило его взорваться и разлетаться с огромной скоростью? Т.е., что явилось причиной или спусковым механизмом Большого Взрыва? В последние 3 десятилетия, как думается, найден ответ на этот вопрос. Если мы оставим пока в стороне вопрос о возникновении самогò затравочного сгустка материи, то ответ выглядит примерно так. Мы уже говорили о том, что почти 70% материи-энергии современной Вселенной сосредоточено в субстанции, называемой тёмной энергией (или космологическим вакуумом), наделённой отрицательной (отталкивающей) гравитацией. Плотность её сейчас ничтожна (около 10-29 г/см3), но и она расталкивает Вселенную, заставляя её ускоренно расширяться (за счёт этого размер Вселенной удвоится примерно через 20 миллиардов лет). Если сжать всю видимую Вселенную до размеров кубика объёмом 1 см3, то плотность тёмной энергии (космологического вакуума) возрастёт на 85 порядков и достигнет величины 1056 г/см3. А сила гравитационного отталкивания прямо пропорциональна этой плотности, т.е. возрастёт на столько же порядков, что вызовет колоссальный по масштабам эффект взрывного разлёта затравочного сгустка материи Вселенной – её Большой Взрыв.

Теперь, откуда взялся исходный (затравочный) сгусток материи Вселенной? Ответ неизвестен, но один из возможных механизмов его возникновения даёт нам квантовая механика – теория микромира. Основополагающим её принципом, доказанным экспериментом, является соотношение неопределённости Гейзенберга, утверждающее, что произведение неопределённости в энергии ΔЕ на неопределённость во времени Δt не может быть меньше, чем постоянная Планка h, фундаментальная константа природы, т.е. ΔЕ·Δt > h. Таким образом, в абсолютной пустоте в течение временнòго интервала Δt < h/ΔЕ возможно появление материи с массой Δm, определяемой соотношением Эйнштейна ΔЕ = Δm×с2. Чем короче этот временнòй интервал, тем бòльшая масса-энергия может возникнуть в пустоте. За интервал ~10−100 сек может возникнуть и масса-энергия, содержащаяся в видимой части нашей Вселенной в форме космологической субстанции с отрицательной гравитаций. Далее расталкивающая гравитация разбросает её Большим Взрывом. При этом сравнительно небольшая часть этой субстанции (5%) превратится в барионную материю с помощью механизма, который за недостатком времени мы здесь обсуждать не будем. Так, возможно, и родилась наша Вселенная. А как быть с законом сохранения энергии, ведь получается, что из ничего родилось огромное количество вещества? Ответ кроется в особенностях гравитационной энергии. Она отрицательна и в точности равна положительной энергии материи mc2, связанной с её массой. Поэтому полная энергия Вселенной (с учётом гравитационной) остается нулевой. Поразительно, но из пустоты может родиться огромная Вселенная. И это не противоречит законам физики!

9.    Итак, будем считать, что природа Большого Взрыва и старта нашей Вселенной понята. Как дальше менялась наша Вселенная? Дадим краткую хронологию её преобразований. В  самом начале, отстоящем от момента старта Большого Взрыва всего примерно на 10−36 − 10−35 сек, Вселенная подверглась колоссальному (за счёт невообразимо масштабной антигравитации) расширению минимум в 1030 раз (а не в сотню раз как в стандартной космологической модели). Скорость этого расширения пространства превышала скорость света. За этот ничтожный отрезок времени размер Вселенной увеличился больше, чем за все последующие 14 миллиардов лет. Температура Вселенной в этот момент достигала 1028 градусов К, т.е. в 1021 раз превышала температуру в недрах Солнца. В её составе в этот период были и элементарные частицы, в частности фотоны, нейтрино, электроны и кварки. Из электронов и кварков в дальнейшем сформировались атомы, составляющие основу  барионной материи Вселенной. С течением времени Вселенная расширялась и охлаждалась, и в ходе этого процесса в однородной и горячей первичной космической плазме стали возникать вихри и скопления. Через 10-5 сек после Большого Взрыва Вселенная достаточно охладилась (примерно до 1013 градусов К, что в миллион раз больше температуры внутри Солнца) для того, чтобы из групп трёх кварков стало возможным образование протонов и нейтронов. Примерно через сотую долю секунды условия стали такими, что в охлаждающейся плазме элементарных частиц протоны и нейтроны уже могли объединиться в ядра будущих атомов некоторых лёгких элементов периодической таблицы. В течение следующих трёх минут, пока кипящая Вселенная охлаждалась примерно до 109 градусов К, основная доля образовавшихся ядер приходилась на ядра водорода и гелия и включала небольшую добавку дейтерия («тяжёлого» водорода) и лития. Этот период времени получил название периода первичного нуклеосинтеза.
    Затем в течение нескольких сотен тысяч лет было мало событий, кроме дальнейшего расширения и охлаждения. Но в конце этого этапа (примерно к 400 000 году), когда температура упала примерно до 3000 К, летавшие до этого с бешенной скоростью электроны, замедлились до скорости, позволяющей атомным ядрам (в основном водорода и гелия) захватить их, образуя электрически нейтральные атомы. Это явилось поворотным моментом: начиная с него Вселенная, в общем и целом становится прозрачной. До эры захвата электронов она была заполнена плотной плазмой электрически заряженных частиц, одни из которых (например, ядра) несли положительный заряд, а другие (например, электроны) – отрицательный. Фотоны, взаимодействующие лишь с заряженными частицами, испытывали постоянные удары со стороны кишащих заряженных частиц и не могли пролететь достаточно далеко, не будучи отклонёнными или поглощёнными этими частицами. Из-за таких препятствий свободному движению фотонов, Вселенная предстала бы перед наблюдателем совершенно непрозрачной, подобной густому утреннему туману или снежной буре. Но когда отрицательно заряженные электроны были рассажены по орбитам вокруг положительно заряженных ядер и образовались электрически нейтральные атомы, препятствия исчезли и густой туман рассеялся. С этого момента фотоны от Большого Взрыва стали свободно путешествовать по Вселенной, и постепенно она полностью стала доступной взору. Эти фотоны, являющиеся по существу отблеском Большого Взрыва (эхом сотворения мира), практически беспрепятственно дошли и до наших дней, охладившись в расширяющейся Вселенной примерно в 1000 раз (от температуры 3000 К в момент их «освобождения» до температуры около 3 К в настоящую эпоху). Во столько же раз упала их энергия и возросла длина волны. Теперь она исчисляется миллиметрами, и такие фотоны относятся к электромагнитному излучению микроволнового радиодиапазона. Их много – примерно 400 в одном см3 – и они практически однородно заполняют всю Вселенную. Если бы наши глаза были чувствительны к микроволнам, мы увидели бы рассеянное свечение вокруг нас. Часть «снега» на экране телевизора, когда Вы переключаетесь на канал, на котором закончилось вещание, объясняется именно этим свечением Большого Взрыва. Рассматривая это свечение, называемое реликтовым космическим излучением, не испытавшим никаких существенных изменений с момента своего освобождения (кроме увеличения длины волны), мы узнаём, как выглядела Вселенная почти 14 миллиардов лет назад (всего лишь через 400 тысяч лет после Большого Взрыва), Только осознайте это поразительное обстоятельство! Реликтовое излучение даёт нам фотографию ранней Вселенной, когда ещё не сформировались звёзды и галактики!
    Примерно миллиард лет спустя, когда Вселенная достаточно успокоилась после неистового начала, из сжатых ньютоновской гравитацией комков первичных лёгких химических элементов (главным образом – водорода и гелия) сформировались первые галактики, звёзды, а затем и планеты. Ядерные реакции в звёздах привели к генерации всех остальных химических элементов вплоть до самых тяжёлых (уран). Наше Солнце загорелось примерно через 9 миллиардов лет после Большого Взрыва. И сегодня, через 14 миллиардов лет после Большого Взрыва, мы можем восхищаться как величием космоса, так и нашей способностью построить разумную и экспериментально проверяемую теорию происхождения Вселенной. Нужно особо подчеркнуть, что понять биографию Вселенной, особенно момент рождения и самые ранние её периоды невозможно без знания физики микромира – физики элементарных частиц и атомного ядра. Таким образом, на примере самого грандиозного явления природы – окружающей нас Вселенной – мы видим фундаментальное единство физических законов, проявляющееся в единстве микромира и макрокосмоса.
    Отметим ещё два обстоятельства. За счёт стремительного ( со сверхсветовой скоростью) и гигантского (минимум в 1030 раз) взрывного расширения Вселенной в самый ранний период её существования (1036-10−35 сек), вызванного мощной антигравитацией вакуумоподобной субстанции экстремально высокой плотности, размер Вселенной намного превысил размер видимого горизонта, определяемого расстоянием, которое свет прошёл за время жизни Вселенной. Бòльшую часть Вселенной поэтому мы не видим, хотя с каждой секундой горизонт нашей видимости расширяется со световой скоростью.
    На сакраментальный вопрос «Сколько звёзд на небе?» современная космология может дать ответ с точностью до фактора 10. Ограничиваясь видимой частью Вселенной, он выглядит так: мы наблюдаем примерно 100 миллиардов галактик, а в средней галактике содержится примерно 100 миллиардов звёзд. Поэтому число звёзд −в наблюдаемой Вселенной можно оценить как

100 млрд×100  млрд = 1011×1011 =1022.

10.  Если всё будет развиваться так, как это мы наблюдали до сих пор, то дальнейшая судьба нашей Вселенной не выглядит оптимистично. Попытаемся проследить судьбу барионной материи, т.е. атомов, из которых состоим мы, планеты, звёзды, галактики (о судьбе неизученной тёмной материи говорить преждевременно). Сначала погаснут звёзды, так как запасы ядерной материи, из которой может возникнуть звезда, будут, в конце концов, исчерпаны. «Звёздный» этап Вселенной завершится через ≈1014 лет. Через  1018-1019 лет прекратят своё существование галактики. Около 90% звёздной (барионной) материи галактик будет рассеяно в межгалактическом пространстве, а около 10% будет затянуто в чёрные дыры. Последние будут сливаться и, в конце концов, на месте каждой галактики останется одна сверхмассивная чёрная дыра.
    Рассеянная барионная (главным образом, ядерная) материя исчезнет за счёт распада внутриядерных протонов и нейтронов. Этот медленный процесс, предсказываемый теорией, закончится через 1033-1035 лет. Продуктами этого распада являются электроны, позитроны, фотоны и нейтрино. 
    Из тяжёлых объектов во Вселенной останутся только сверхмассивные галактические чёрные дыры. Они будут объединяться в ещё более массивные супергалактические чёрные дыры. И, наконец, они сами будут испаряться. Этот процесс (его существование предсказал английский теоретик Хокинг) крайне медленный и завершится, возможно, через 10100 лет. При этом во Вселенной останется, главным образом, сильно разреженный газ электронов, позитронов, фотонов и нейтрино – тёмная и предельно остывшая пустыня.

11.    Поразительный факт состоит в том, что многие из магистральных разработок в фундаментальной теоретической физике приводят к возможности той или иной разновидности параллельных вселенных. Уже обсуждают около десятка вариаций на тему мультивселенной. В каждой из них наша Вселенная предстает как часть неожиданно более масштабного целого, но сложность этого целого и природа составляющих его вселенных весьма отличаются друг от друга. В одних картинах параллельные вселенные разделены колоссальными расстояниями или промежутками времени; в других они ведут призрачное существование в считанных миллиметрах от нас; в третьих же сама попытка говорить об их местоположении наивна и лишена всякого смысла. Подобное многообразие возможностей обнаруживается и в тех законах, которые управляют этими параллельными вселенными. Где то эти законы – такие же, как в нашей Вселенной; в других вселенных они выглядят иначе, но имеют похожую родословную; в третьих они по форме и структуре не похожи ни на что, из того, с чем нам доводилось иметь дело прежде и жизнь в нашем понимании там невозможна. Попытки представить себе, насколько разнообразной и необъятной может быть реальность, заставляют чувствовать одновременно и восторг и покорность перед её величием. /Весь приведённый абзац – почти целиком заимствован из книги Брайана Грина «СКРЫТАЯ РЕАЛЬНОСТЬ. Параллельные миры и глубинные законы космоса», Москва, УРСС, 2013. Дальнейший материал этого пункта также основан на материале этой книги. Ниже мы коснёмся 4-х возможностей реализации параллельных вселенных, которым припишем буквы a, b, c, d:

а.    Если пространство, т.е. наша Вселенная, бесконечна (идея, которая находится в согласии со всеми наблюдениями и является частью той космологической модели, которую предпочитают многие физики и астрономы), то где-то там обязаны существовать области, где копия меня, и копии Вас, и копии всего вокруг нас наслаждаются альтернативной версией той реальности, с которой имеем дело мы. Где-то в отдалённом уголке бесконечного космоса есть галактика, которая выглядит в точности так как Млечный Путь, в которой есть солнечная система, как две капли воды похожая на нашу, с планетой, которая является вылитой копией Земли, на которой в точности такой же стране с таким же названием Россия происходит в точности таком же месте неотличимый от нашего первый open-air лета Шокофест, где кто-то, абсолютно похожий на меня, излагает абсолютно похожим на Вас субъектам такую же притчу о Вселенной. И такая копия не одна. В бесконечной Вселенной их бесконечно много. В каких-то мой двойник только что закончил эту фразу. В других он вообще прекратил выступление, так как пошёл проливной дождь. В третьих, он ещё не появился, запаздывает, так как решил подкрепиться. И Вы, и я никогда не встретимся со своими двойниками, так как наши копии обитают в настолько далёких друг от друга областях, что даже у луча света, начавшего своё путешествие в момент Большого Взрыва, не хватило бы времени пересечь разделяющее нас пространство. Но, даже не имея возможности наблюдать эти далёкие области, мы понимаем, что из ключевых физических принципов вытекает, что бесконечно большой космос является вместилищем для бесконечного числа параллельных миров – какие-то из них идентичны нашему, какие-то чем-то отличаются от нашего, какие-то вовсе на него не похожи.
    Почему это так? Всё это основано на том, что даже из очень большого, но конечного количества элементарных частиц (и атомов), составляющих видимый космос, можно составить лишь конечное (хотя и очень большое) число комбинаций. И в бесконечном космосе одни и те же комбинации будут неизбежно дублироваться и множиться. Вспоминается шутливый разговор двух физиков, увидевших красивую женщину. Один говорит другому: «Смотри, как удачно скомпонованы атомы». В видимой части нашей Вселенной огромное, но счётное количество вещества, примерно 1056 г. Можно подсчитать, что число различных конфигураций частиц и атомов, которое можно сформировать из этого количества материи внутри космического горизонта, составляет примерно  (единица с 10122 нулями). Это огромное, но всё же конечное число. В бесконечно большой вселенной многократность повторений зашкаливает.

b.    Другую возможность параллельных миров предоставляет нам квантовая механика – теория атомов и элементарных частиц. Эта теория установила, что научные предсказания являются с неизбежностью вероятностными. Мы можем предсказать шансы одного исхода событий, мы можем предсказать шансы другого, но мы, вообще говоря, не можем точно предсказать, какой из них в действительности произойдёт. Любой исход, не противоречащий принципам квантовой механики, имеет право на существование – даже, казалось бы, такой немыслимый, как прохождение человека сквозь стену. Он возможен, но с исчезающе малой вероятностью. Квантовая механика подтверждена десятилетиями самых пристальных проверок, но никто не в состоянии объяснить, почему в каждой конкретной ситуации в действительности случается только один из многих возможных исходов. Возможно привычное представление о наличии одного и только одного исхода у любой ситуации – в корне неверно. Математика, лежащая в основе квантовой механики, допускает (по крайней мере, под некоторым углом зрения), что случаются все возможные исходы, но каждый из них обитает в собственной отдельной вселенной. Если квантовые расчёты предсказывают, что частица (или атом) может находиться тут, а может и там, то в одной вселенной она находится тут, а в другой – там. И в каждой такой вселенной есть копия Вас, которая наблюдает за тем или иным исходом, полагая (ошибочно), что окружающая её реальность единственная. Если Вы задумаетесь о том, что квантовая механика стоит за всеми физическими процессами, от слияния атомов на Солнце до электрических перестрелок между нейронами, что составляет основу мышления, Вам станет очевидно, как далеко могут завести нас следствия этой гипотезы. Она говорит нам, что нехоженых тропок не бывает. Но каждая такая тропинка – каждая реальность – спрятана от всех остальных.

c.    Ещё одна возможность параллельных вселенных связана с наиболее признанным в настоящее время сценарием Большого Взрыва, связанным с колоссальным и молниеносным расширением пространства, вызванным гигантской антигравитацией первоначально очень плотного сгустка материи. Это сценарий возникновения нашей Вселенной. Если он верен (а об этом пока свидетельствуют самые тщательные астрономические наблюдения), то взрыв, создавший нашу область пространства, мог быть не единственным. Подобные взрывы (и расширения) в отдалённых областях прямо сейчас могут порождать вселенную за вселенной и делать это вечно. Более того, каждая такая дочерняя вселенная сама бесконечно расширяется в пространстве и содержит бесконечное число параллельных миров.

d.    Последний вариант рассматриваемой нами возможности параллельных вселенных связан с теорией струн – физической теорией, которая в рамках единого подхода пытается объединить все законы природы. Такой единой теории пока не существует и теория струн (более точно, суперструн) – наиболее перспективный теоретический проект. Суперструны – это, пока гипотетические, объекты конечного и очень малого размера (~10–33 см), которые могут испытывать гигантские натяжения и колебаться с различными (и гигантскими) частотами. В этой теории все известные элементарные частицы – электроны, фотоны, кварки (из которых состоят протоны и нейтроны), нейтрино и др. – это различные проявления резонансных колебаний этих струн. Электрон – это один способ резонансных колебаний струны, кварк – другой и так далее. Все свойства каждой элементарной частицы (её заряд, масса и др.) определяются особенностями соответствующего колебания суперструны. Струнная природа частиц должна проявляться при очень высоких, пока недостижимых человеком энергиях (соответственно, видна на очень малых, пока недостижимых расстояниях). Важно то, что размерность пространства-времени в теории суперструн равна 11, из них 10 – пространственных измерений и 1 – временнòе). Мы живём в трёхмерном пространстве. Где же ещё 7 пространственных измерений? Теория утверждает, что эти 7 невидимых (дополнительных) измерений свернуты или сжаты в очень маленькие жгуты (говорят, об их компактификации). Лишь три пространственных измерения протяжённы (развернуты), что позволяет достаточно крупным объектам нашего мира (и нам в том числе) существовать и перемещаться в них. В принципе существует колоссальное разнообразие форм и размеров дополнительных пространственных измерений. Это разнообразие и определяет разнообразие возможных параллельных миров. Стоит чуть-чуть изменить координату  какой-либо из дополнительных размерностей, как мы окажемся в другой вселенной, которая практически будет рядом с нами, но не будет нами видна и ощущаться. Это будет в полном смысле параллельная вселенная. Это трудно представить. Обратимся к простейшей аналогии. Пусть мы существуем в пространстве всего с двумя измерениями, из которых одно развёрнуто, а другое сильно сжато. Зафиксируем координату сжатого измерения. Развёрнутое измерение выглядит как тонкая нить, положение на которой определяет координату тела на этой нити. Само тело, если оно имеет достаточные размеры, не способно двигаться в сжатом измерении, а лишь в развёрнутом. Со стороны это будет выглядеть как движение очень тонкого нитеобразного объекта (этакого очень тонкого червячка) по этой нити. Изменим, теперь координату сжатого измерения. Мы окажемся уже в совершенно другом двумерном пространстве. Нить развернутого измерения сдвинулась вдоль сжатого измерения, и эта нить уже не совпадает с предыдущей нитью. Ползущий по этой сдвинутой нити предельно тонкий червячок не будет видеть (ощущать) ранее рассмотренную нить с двигающимся по нему червячком.


 

 

Наука: Наука и техника: Lenta.ru

Астрономы Института исследований космоса с помощью космического телескопа обнаружили таинственный тусклый свет неизвестного происхождения во Вселенной. Для этого они воспользовались помощью автоматической межпланетной станции New Horizons, которая в настоящее время находится в Поясе Койпера, вдали от светового загрязнения Солнца. Статья исследователей принята к публикации в журнале Astrophysical Journal.

Материалы по теме

00:01 — 5 ноября 2019

Космические монстры

Астрономы ловят загадочные сигналы из глубин Вселенной. Что посылает их на Землю?

00:03 — 1 марта 2020

Конец инопланетянам

Откуда берутся таинственные сигналы из космоса и почему внеземных цивилизаций не существует

Ранее для оценки количества неразличимых галактик в видимой Вселенной ученые проанализировали изображение Hubble Deep Field, полученное космическим телескопом «Хаббл» в 1995 году. Этот снимок охватывает небольшую область в созвездии Большой Медведицы с почти тремя тысячами галактик. На основе теоретической модели, позволяющей определить, сколько галактик слишком тусклые, чтобы «Хаббл» мог их разглядеть, исследователи определили, что 90 процентов галактик, то есть почти два триллиона, остаются за пределами способностей космического аппарата. Считается, что эти слабые галактики формируют фоновое свечение космоса.

Новое измерение фонового свечения или космического оптического фона дает более скромную оценку числа тусклых галактик, равного нескольким сотням миллиардов. Поскольку солнечный свет рассеивается на космической пыли, создавая так называемый зодиакальный свет, измерение фона остается проблематичным во внутренней области Солнечной системы. Однако для аппарата New Horizons космос в десять раз темнее, чем для «Хаббла».

Ученые провели ряд корректировок, чтобы избавиться от светового загрязнения, вызванного отражением света звезд от межзвездной пыли. По словам Марка Постмана (Marc Postman), яркость оставшегося света сравнима со светом, который создал бы темной ночью на стенах спальни с открытыми шторами открытый холодильник, расположенный в другом доме на расстоянии более километра.

Источником фонового свечения могут быть карликовые галактики, галактические гало, межгалактические звезды и далекие тусклые галактики.

Быстрая доставка новостей — в «Ленте дня» в Telegram

Обнаружена самая далёкая галактика во Вселенной

Учёные выяснили, что галактика GN-z11 – самая далёкая в известной Вселенной. Её лучам понадобилось более 13 миллиардов лет, чтобы добраться до Земли. Этот свет был испущен, когда с момента Большого взрыва прошло всего 420 миллионов лет.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy.

Звёздная система GN-z11 привлекла внимание астрономов в 2016 году. Исследователи измерили расстояние до неё по данным «Хаббла» и выяснили, что эта галактика претендует на звание самого далёкого объекта в известной Вселенной. Однако дистанция до GN-z11 была определена не очень точно.

Авторы нового исследования использовали телескоп Keck I и спектрограф MOSFIRE. Последний инструмент – более современный, чем установленный на борту «Хаббла». Он различает детали спектра, недоступные прославленной орбитальной обсерватории.

В результате исследователи в сто раз повысили точность определения красного смещения (которое однозначно пересчитывается в расстояние) для галактики GN-z11. По данным новых измерений, красное смещение этого «звёздного острова» равно z = 10,957 ± 0,001. Это значит, что свет GN-z11 добирался до Земли 13,24 миллиарда лет. Галактика GN-z11 действительно оказалась самым далёким объектом в наблюдаемой Вселенной.

Сейчас мы видим эту галактику такой, какой она была всего через 420 миллионов лет после Большого взрыва. Такие цифры значительно превосходят предыдущий рекорд «космической древности» (690 миллионов лет после Большого взрыва). Наблюдая GN-z11, учёные могут многое узнать о том, какой была Вселенная в далёком прошлом, а это поможет лучше понять её настоящее.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о древнейшем радиосветильнике во Вселенной. Писали мы и о самом древнем близнеце Млечного Пути.

Галактик, космических городов Вселенной, объясненные астрофизиком

Пол М. Саттер — астрофизик в SUNY Стоуни Брук и Институт Флэтайрон, принимающий Спросите космонавта и Космическое радио , и автор в космосе .

Галактики — это сверкающие города, огромные мегаполисы, заполненные звездами, пылью, газом, черными дырами, магнитными полями, космическими лучами, темной материей и многим другим.Разделенные миллионами световых лет практически ничего, галактики невероятно изолированы, каждая из которых представляет собой остров.

Астрономы определили три типа галактик: спиральные, эллиптические и неправильные, и различия между этими типами галактик раскрывают их сложную историю.

Связанный: Лучшие изображения космического телескопа Хаббла всех времен!

Прекрасный

Если бы вы оставили галактику, по большей части оставленную в покое, с учетом лишь случайного незначительного слияния (или, точнее, поглощения) карликовой галактики, она естественным образом образовала бы набор красивых спиральных рукавов .

Эти спиральные рукава созданы волнами плотности, колеблющимися по диску галактики, вращающимися и накладывающимися друг на друга. Эти волны происходят из таких источников, как близлежащие проходящие галактики, случайные галактические закуски и даже цепочки взрывов сверхновых .

Несмотря на смелый вид спиральных рукавов, эти структуры не намного плотнее, чем в среднем по галактике, всего примерно на 10% или около того. Но эта немного более высокая плотность вызывает звездную пробку, вызывая образование новых групп звезд.По сути, спиральные рукава — это места активного звездообразования внутри спиральных галактик.

В областях звездообразования могут образовываться самые разные звезды. Большие, яркие, синие. Средне-белые. Маленькие, тусклые, красные. Но находясь на расстоянии миллионов световых лет от нас, наши глаза и наши телескопы с большей готовностью выделяют яркие из них, благодаря чему руки визуально выделяются гораздо больше, чем могла бы дать сама их плотность.

Скучно

Ключ к красивым спиральным рукавам в галактике относятся случайные гравитационные столкновения или возмущения — акцент на слове «случайный».«Если галактика подвергнется слишком большому количеству столкновений или столкнется только с одним большим столкновением, турбулентность может навсегда изуродовать галактику, навсегда лишив ее шанса на красоту.

Проблема заключается в самом событии слияния. Когда галактик сталкиваются с , сами звезды не на самом деле не врезаются друг в друга — для этого слишком много пустого пространства. Но все эти дополнительные гравитационные взаимодействия плюс здоровая доза газовых облаков, проходящих слишком близко друг к другу, вызвали цикл высокоинтенсивного звездообразования. .В разгар события слияния, для завершения которого могут потребоваться сотни миллионов лет, скорость звездообразования может стремительно возрасти в десятки или даже сотни раз по сравнению с нормой.

Эллиптическая галактика NGC 3610 окружена множеством других галактик различной формы. (Изображение предоставлено: ЕКА / Хаббл и НАСА, Благодарность: Джуди Шмидт)

Какое-то время все впечатляет. Сияющая недавно отчеканенными звездами, галактика сияет ярче, чем когда-либо прежде.Увы, это ненадолго. Все эти новые звезды имеют свою цену: из-за того, что израсходовано так много звездообразующего материала так быстро, галактика после слияния перестает создавать звезды раньше. Всего за несколько коротких сотен миллионов лет все массивные звезды, образовавшиеся в результате слияния, умирают и исчезают, и на их место не приходит никаких новых звезд.

В результате получилось гигантское скопление тусклых красных звезд. Некогда прекрасные спиральные рукава разорваны, а галактика деформирована. Со временем гигантская галактика приобретает эллиптическую форму, но, несмотря на свои огромные размеры, остается относительно тусклой, цепляясь за свое печальное и разрушенное существование на миллиарды лет вперед.

Уродливые

Хотя большинство галактик в нашей Вселенной представляют собой красивые огромные спирали или гигантские скучные эллиптические формы, странностей здесь предостаточно. Некоторые галактики кажутся растянутыми и искаженными, как будто мы смотрим на них в зеркале забавного дома. Кажется, что некоторые галактики имеют дыры, прорванные прямо через их центры. Некоторые представляют собой просто запутанные, искореженные обломки, едва различимые как какие-либо структуры.

Виновник этих чудаков — гравитация .Гравитационное влияние галактик друг на друга скручивает и искажает пару, вытягивая огромные хвосты газа, пыли и звезд из каждой галактики, как распутывающую спираль. Через несколько сотен миллионов лет эти две галактики будут выглядеть очень неправильными.

Более мелкие столкновения могут быть интересными и для галактик. Например, некоторые галактики выглядят так, как будто они образовались после того, как соседняя галактика прошла через ее центр, расчистив путь сквозь звезды.

Неправильная карликовая галактика NGC 1140 расположена примерно в 60 миллионах световых лет от нас в созвездии Эридана.(Изображение предоставлено: ESA / Hubble / NASA)

Неправильные галактики обычно являются местом продолжающегося звездообразования именно потому, что какое бы влияние ни искажало галактику, создавало плотные выпуклости и узлы, где достаточное количество материала могло конденсироваться для образования звезд.

Это делает неправильные формы одной из самых интригующих галактик — нет двух одинаковых, но все они потрясающе красивы.

Узнайте больше, послушав серию «AAS! 144: ASTRO101 ЧАСТЬ 6 — ЧТО ТАКОЕ ГАЛАКТИКИ?» в подкасте «Спроси космонавта», доступном в iTunes и в Интернете по адресу http: // www.askaspaceman.com. Спасибо Mitchell L. за вопросы, которые привели к этой статье! Задайте свой вопрос в Twitter, используя #AskASpaceman, или подписавшись на Paul @PaulMattSutter и facebook.com/PaulMattSutter. Следуйте за нами в Twitter @Spacedotcom и на Facebook.

ViewSpace

[{: image => «home-about/collection/gallery/[email protected]»,: details => {: title => «Звезды, галактики и темная материя»,: subtitle => «Какие объекты и материалы составляют Вселенную, и как нам изучать невидимое, а также видимое? «,: caption =>» Данные космического телескопа Хаббла НАСА и рентгеновской обсерватории Чандра используются для создания карты темной материи (синий ) в скоплении галактик MACS J0717.5 + 3745. «,: Credits =>» Рентген: НАСА / CXC / Федеральная политехническая школа Лозанны, Швейцария / D.Ha и NASA / CXC / Durham Univ / R.Massey; Оптическая карта и карта линз: НАСА, ЕКА, Д. Харви (Федеральная политехническая школа Лозанны, Швейцария) и Р. Мэсси (Даремский университет, Великобритания) «}}, {: image =>» home-about / collection / gallery / 02 [email protected] «,: details => {: title =>» Галактические столкновения «,: subtitle =>» Что такое галактики; как они различаются; и как они формируются, взаимодействуют и изменяются с течением времени? «,: caption =>» Пингвин и Яйцо (Arp 142) — это пара галактик, которые искажаются их взаимным гравитационным притяжением.»,: credits =>» NASA-ESA / STScI / AURA / JPL-Caltech «}}, {: image =>» home-about/collection/gallery/[email protected] «,: details => { : title => «Солнечная система»,: subtitle => «Как Солнце, планеты, луны, кометы и астероиды взаимодействуют как система?»,: caption => «Титан, спутник Сатурна, отбрасывает тень, проходя между планета и Солнце. «,: credits =>» НАСА, ЕКА и команда наследия Хаббла (STScI / AURA) «}}, {: image =>» home-about / collection / gallery / 04-a-dark [email protected] «,: details => {: title =>» Ночное небо «,: subtitle =>» Как телескопы помогают нам лучше понять объекты и материалы, которые освещают небо? «,: caption = > «С помощью телескопов мы можем видеть детали Млечного Пути, включая светящиеся облака пыли и газа, такие как туманность Лобстер.»,: credits =>» NASA / CXC / PSU / L. Таунсли; УКИРТ; NASA / JPL-Caltech «}}, {: image =>» home-about/collection/gallery/[email protected] «,: details => {: title =>» Расширение и судьба Вселенной «, : subtitle => «Насколько быстро расширяется Вселенная и что это говорит нам о ее прошлом и будущем?»,: caption => «Со временем пространство расширяется, увеличивая длину волны света и вызывая появление далеких галактик, видимых в Ультра Изображение Deep Field, полученное космическим телескопом Хаббла, выглядит более красным, чем более близкие галактики.»,: credits =>» НАСА, ЕКА, Б. Мобашер (STScI / ESA) «}}, {: image =>» home-about/collection/gallery/[email protected] «,: подробности => {: title => «Обнаружение экзопланет»,: subtitle => «Как мы можем обнаруживать и изучать планеты, вращающиеся вокруг других звезд?»,: caption => «Изменения яркости звездного света, измеренные космическим телескопом НАСА Спитцер, указывают на наличие планеты, вращающейся вокруг звезды. «,: credits =>» NASA / JPL-Caltech «}}, {: image =>» home-about/collection/gallery/[email protected] «,: подробности => {: title => «Смерть звезд»,: subtitle => «Что происходит со звездами в конце их жизни и как звездные взрывы влияют на пространство вокруг них?»,: caption => «Видно, инфракрасный и рентгеновский свет от остатка сверхновой Кассиопеи А показывает остатки взорвавшейся звезды.»,: credits =>» Рентген: NASA / CXC / SAO; Оптический: NASA / STScI; Инфракрасный: NASA / JPL-Caltech / Steward / O. Краузе и др. «}}, {: Image =>» home-about/collection/gallery/[email protected] «,: details => {: title =>» Гравитационное линзирование «,: subtitle = > «Как мы можем использовать взаимодействие между светом и материей, чтобы исследовать глубокую Вселенную?»,: Caption => «Огромная масса скопления галактик Abell 370 искривляет пространство вокруг себя, увеличивая и искажая свет от более далеких галактик в дугу- как полосы.»,: credits =>» NASA, ESA / Hubble, HST Frontier Field «}}, {: image =>» home-about/collection/gallery/[email protected] «,: details => { : title => «Многоволновая и мультиволновая астрономия»,: subtitle => «Как астрономы объединяют данные с космических и наземных телескопов, детекторов частиц и \ n детекторов гравитационных волн, чтобы понять космические объекты, процессы и events? «,: caption =>» Иллюстрация художника изображает обнаружение нейтринных частиц и гамма-лучей, испускаемых сверхмассивной черной дырой в центре далекой галактики.»,: credits =>» IceCube / NASA «}}, {: image =>» home-about/collection/gallery/[email protected] «,: details => {: title =>» Звездное рождение и космическая эрозия » ,: subtitle => «Как и где образуются звезды и как они формируют свое окружение?»,: caption => «Столбы из газа и пыли в туманности Орла формируются и освещаются звездными ветрами и высокоэнергетическим излучением яркие звезды. «,: credits =>» НАСА, ЕКА / Хаббл и команда наследия Хаббла «}}, {: image =>» home-about / collection / gallery / hawaii @ 1x.webp «,: details => {: title =>» Natural Hazards «,: subtitle =>» Как мы можем использовать спутники для картографирования, изучения и мониторинга поверхности суши, океанов и атмосферы Земли? «,: caption =>» На снимке, сделанном спутником Landsat 8 в мае 2018 года, показаны активные потоки лавы из вулкана Килауэа на Гавайях. «,: Credits =>» NASA Earth Observatory, USGS «}}, {: image =>» home-about / collection / gallery /planck-img_2.webp «,: details => {: title =>» Происхождение и история Вселенной «,: subtitle =>» Какие доказательства подтверждают наши теории о том, как формировалась Вселенная и как она развивалась с течением времени? » ,: caption => «На карте неба, полученной космическим телескопом Planck, показаны вариации космического микроволнового фонового излучения — энергии, оставшейся от Большого взрыва около 13.8 миллиардов лет назад. «,: Credits =>» ESA и сотрудничество Planck «}}, {: image =>» home-about/collection/gallery/[email protected] «,: details => {: title => «Телескоп и спутниковая техника»,: subtitle => «Какие инструменты и методы используют ученые для изучения Земли и космоса?»,: caption => «Активно-пассивный спутник НАСА по влажности почвы (SMAP) помогает ученым отслеживать засухи, прогнозировать наводнения и повышение производительности фермы. «,: credits =>» NASA / JPL-Caltech «}}, {: image =>» home-about / collection / gallery / 14-trappist @ 1x.webp «,: details => {: title =>» Миры за пределами нашей Солнечной системы «,: subtitle =>» Уникальна ли Земля? Мы одни? «,: Caption =>» Наблюдения с космических телескопов выявили тысячи экзопланет разного размера, состава, температуры и атмосферы, в том числе семь скалистых планет размером с Землю системы TRAPPIST-1, 40 световых лет. с Земли (иллюстрация художника). «,: credits =>» NASA / JPL-Caltech / R. Хёрт, Т. Пайл (IPAC) «}}] Звезды, галактики и темная материя

Какие объекты и материалы составляют Вселенную и как мы изучаем невидимое, а также видимое?

Данные космического телескопа Хаббла и рентгеновской обсерватории Чандра используются для создания карты темной материи (синий цвет) в скоплении галактик MACS J0717.5 + 3745.

Кредит: Рентген: НАСА / CXC / Федеральная политехническая школа Лозанны, Швейцария / D.Ha & amp; NASA / CXC / Durham Univ / R.Massey; Оптический & amp; Карта лицензирования: НАСА, ЕКА, Д. Харви (Федеральная политехническая школа Лозанны, Швейцария) и Р. Мэсси (Даремский университет, Великобритания) Галактические столкновения

Что такое галактики; как они различаются; и как они формируются, взаимодействуют и меняются с течением времени?

Пингвин и яйцо (Arp 142) — это пара галактик, которые искажаются их взаимным гравитационным притяжением.

Кредит: НАСА-ЕКА / STScI / AURA / Лаборатория реактивного движения-Калтех Солнечная система

Как Солнце, планеты, луны, кометы и астероиды взаимодействуют как система?

Титан, спутник Сатурна, отбрасывает тень, проходя между планетой и Солнцем.

Кредит: НАСА, ЕКА и группа «Наследие Хаббла» (STScI / AURA) Ночное небо

Как телескопы помогают нам лучше понять объекты и материалы, освещающие небо?

С помощью телескопов мы можем видеть детали Млечного Пути, в том числе светящиеся облака пыли и газа, такие как туманность Лобстер.

Кредит: НАСА / CXC / PSU / L. Таунсли; УКИРТ; НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех Расширение и судьба Вселенной

Насколько быстро расширяется Вселенная и что это говорит нам о ее прошлом и будущем?

Со временем пространство расширяется, увеличивая длину световых волн и заставляя далекие галактики, видимые на изображении сверхглубокого поля, полученном космическим телескопом Хаббла, казаться более красными, чем более близкие галактики.

Кредит: НАСА, ЕКА, Б. Мобашер (STScI / ESA) Обнаружение экзопланет

Как мы обнаруживаем и изучаем планеты, вращающиеся вокруг других звезд?

Изменения яркости звездного света, измеренные космическим телескопом НАСА Спитцер, указывают на присутствие планеты, вращающейся вокруг звезды.

Кредит: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех Смерть звезд

Что происходит со звездами в конце их жизни и как звездные взрывы влияют на пространство вокруг них?

В видимом, инфракрасном и рентгеновском лучах остатка сверхновой Кассиопеи А обнаруживают остатки взорвавшейся звезды.

Кредит: Рентген: NASA / CXC / SAO; Оптический: NASA / STScI; Инфракрасный: NASA / JPL-Caltech / Steward / O. Krause et al. Гравитационное линзирование

Как мы можем использовать взаимодействие между светом и материей, чтобы исследовать глубокую Вселенную?

Огромная масса скопления галактик Abell 370 искривляет пространство вокруг себя, увеличивая и искажая свет от более далеких галактик в виде дугообразных полос.

Кредит: НАСА, ЕКА / Хаббл, HST Frontier Field Многоволновая астрономия и мультиволновая астрономия

Как астрономы объединяют данные с космических и наземных телескопов, детекторов частиц и детекторы гравитационных волн для понимания космических объектов, процессов и событий?

Иллюстрация художника изображает обнаружение нейтринных частиц и гамма-лучей, испускаемых сверхмассивной черной дырой в центре далекой галактики.

Кредит: IceCube / НАСА Рождение звезд и космическая эрозия

Как и где образуются звезды и как они формируют свое окружение?

Столбы из газа и пыли в туманности Орла образованы и освещены звездным ветром и высокоэнергетическим излучением ярких звезд.

Кредит: НАСА, ЕКА / Хаббл и команда наследия Хаббла Стихийные бедствия

Как мы можем использовать спутники для картографирования, изучения и мониторинга поверхности суши, океанов и атмосферы Земли?

На снимке, сделанном спутником Landsat 8 в мае 2018 года, видны активные потоки лавы из вулкана Килауэа на Гавайях.

Кредит: Земная обсерватория НАСА, Геологическая служба США Происхождение и история Вселенной

Какие доказательства подтверждают наши теории о том, как сформировалась Вселенная и как она развивалась с течением времени?

На карте неба, полученной космическим телескопом «Планк», показаны вариации космического микроволнового фонового излучения — энергии, оставшейся после Большого взрыва около 13,8 миллиарда лет назад.

Кредит: ЕКА и сотрудничество Planck Телескоп и спутниковая техника

Какие инструменты и методы используют ученые для изучения Земли и космоса?

Активно-пассивный спутник NASA для определения влажности почвы (SMAP) помогает ученым отслеживать засухи, прогнозировать наводнения и повышать продуктивность хозяйств.

Кредит: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех Миры за пределами нашей солнечной системы

Земля уникальна? Мы одни?

Наблюдения с помощью космических телескопов выявили тысячи экзопланет разного размера, состава, температуры и атмосферы, в том числе семь каменистых планет размером с Землю системы TRAPPIST-1, в 40 световых годах от Земли (иллюстрация художника).

Кредит: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех / Р. Хёрт, Т. Пайл (IPAC) [{: image => «home-about / collection / gallery / 01-darkmatter @ 1x.webp «,: details => {: title =>» Звезды, галактики и темная материя «,: subtitle =>» Какие объекты и материалы составляют Вселенную и как мы изучаем невидимое, а также видимое? » ,: caption => «Данные космического телескопа Хаббла НАСА и рентгеновской обсерватории Чандра используются для создания карты темной материи (синий цвет) в скоплении галактик MACS J0717.5 + 3745.»,: credits => «Рентгеновский снимок : NASA / CXC / Федеральная политехническая школа Лозанны, Швейцария / D.Ha & NASA / CXC / Durham Univ / R.Massey; Карта оптики и линз: НАСА, ЕКА, Д.Харви (Федеральная политехническая школа Лозанны, Швейцария) и Р. Мэсси (Даремский университет, Великобритания) «}}, {: image =>» home-about/collection/gallery/[email protected] «,: details => {: title => «Галактические столкновения»,: subtitle => «Что такое галактики; как они различаются; и как они формируются, взаимодействуют и изменяются с течением времени? «,: caption =>» Пингвин и яйцо (Arp 142) — это пара галактик, которые искажаются их взаимным гравитационным притяжением. «,: credits => «NASA-ESA / STScI / AURA / JPL-Caltech»}}, {: image => «home-about / collection / gallery / 03-saturn @ 1x.webp «,: details => {: title =>» Солнечная система «,: subtitle =>» Как Солнце, планеты, луны, кометы и астероиды взаимодействуют как система? «,: caption =>» Спутник Сатурна Титан отбрасывает тень, проходя между планетой и Солнцем. «,: Credits =>» НАСА, ЕКА и команда наследия Хаббла (STScI / AURA) «}}, {: image =>» home-about / collection /gallery/[email protected] «,: details => {: title =>» Ночное небо «,: subtitle =>» Как телескопы помогают нам лучше понимать освещаемые объекты и материалы небо? «,: caption =>» С помощью телескопов мы можем видеть детали Млечного Пути, включая светящиеся облака пыли и газа, такие как туманность Лобстер.»,: credits =>» NASA / CXC / PSU / L. Таунсли; УКИРТ; NASA / JPL-Caltech «}}, {: image =>» home-about/collection/gallery/[email protected] «,: details => {: title =>» Расширение и судьба Вселенной «, : subtitle => «Насколько быстро расширяется Вселенная и что это говорит нам о ее прошлом и будущем?»,: caption => «Со временем пространство расширяется, увеличивая длину волны света и вызывая появление далеких галактик, видимых в Ультра Изображение Deep Field, полученное космическим телескопом Хаббла, выглядит более красным, чем более близкие галактики.»,: credits =>» НАСА, ЕКА, Б. Мобашер (STScI / ESA) «}}, {: image =>» home-about/collection/gallery/[email protected] «,: подробности => {: title => «Обнаружение экзопланет»,: subtitle => «Как мы можем обнаруживать и изучать планеты, вращающиеся вокруг других звезд?»,: caption => «Изменения яркости звездного света, измеренные космическим телескопом НАСА Спитцер, указывают на наличие планеты, вращающейся вокруг звезды. «,: credits =>» NASA / JPL-Caltech «}}, {: image =>» home-about/collection/gallery/[email protected] «,: подробности => {: title => «Смерть звезд»,: subtitle => «Что происходит со звездами в конце их жизни и как звездные взрывы влияют на пространство вокруг них?»,: caption => «Видно, инфракрасный и рентгеновский свет от остатка сверхновой Кассиопеи А показывает остатки взорвавшейся звезды.»,: credits =>» Рентген: NASA / CXC / SAO; Оптический: NASA / STScI; Инфракрасный: NASA / JPL-Caltech / Steward / O. Краузе и др. «}}, {: Image =>» home-about/collection/gallery/[email protected] «,: details => {: title =>» Гравитационное линзирование «,: subtitle = > «Как мы можем использовать взаимодействие между светом и материей, чтобы исследовать глубокую Вселенную?»,: Caption => «Огромная масса скопления галактик Abell 370 искривляет пространство вокруг себя, увеличивая и искажая свет от более далеких галактик в дугу- как полосы.»,: credits =>» NASA, ESA / Hubble, HST Frontier Field «}}, {: image =>» home-about/collection/gallery/[email protected] «,: details => { : title => «Многоволновая и мультиволновая астрономия»,: subtitle => «Как астрономы объединяют данные с космических и наземных телескопов, детекторов частиц и \ n детекторов гравитационных волн, чтобы понять космические объекты, процессы и events? «,: caption =>» Иллюстрация художника изображает обнаружение нейтринных частиц и гамма-лучей, испускаемых сверхмассивной черной дырой в центре далекой галактики.»,: credits =>» IceCube / NASA «}}, {: image =>» home-about/collection/gallery/[email protected] «,: details => {: title =>» Звездное рождение и космическая эрозия » ,: subtitle => «Как и где образуются звезды и как они формируют свое окружение?»,: caption => «Столбы из газа и пыли в туманности Орла формируются и освещаются звездными ветрами и высокоэнергетическим излучением яркие звезды. «,: credits =>» НАСА, ЕКА / Хаббл и команда наследия Хаббла «}}, {: image =>» home-about / collection / gallery / hawaii @ 1x.webp «,: details => {: title =>» Natural Hazards «,: subtitle =>» Как мы можем использовать спутники для картографирования, изучения и мониторинга поверхности суши, океанов и атмосферы Земли? «,: caption =>» На снимке, сделанном спутником Landsat 8 в мае 2018 года, показаны активные потоки лавы из вулкана Килауэа на Гавайях. «,: Credits =>» NASA Earth Observatory, USGS «}}, {: image =>» home-about / collection / gallery /planck-img_2.webp «,: details => {: title =>» Происхождение и история Вселенной «,: subtitle =>» Какие доказательства подтверждают наши теории о том, как формировалась Вселенная и как она развивалась с течением времени? » ,: caption => «На карте неба, полученной космическим телескопом Planck, показаны вариации космического микроволнового фонового излучения — энергии, оставшейся от Большого взрыва около 13.8 миллиардов лет назад. «,: Credits =>» ESA и сотрудничество Planck «}}, {: image =>» home-about/collection/gallery/[email protected] «,: details => {: title => «Телескоп и спутниковая техника»,: subtitle => «Какие инструменты и методы используют ученые для изучения Земли и космоса?»,: caption => «Активно-пассивный спутник НАСА по влажности почвы (SMAP) помогает ученым отслеживать засухи, прогнозировать наводнения и повышение производительности фермы. «,: credits =>» NASA / JPL-Caltech «}}, {: image =>» home-about / collection / gallery / 14-trappist @ 1x.webp «,: details => {: title =>» Миры за пределами нашей Солнечной системы «,: subtitle =>» Уникальна ли Земля? Мы одни? «,: Caption =>» Наблюдения с космических телескопов выявили тысячи экзопланет разного размера, состава, температуры и атмосферы, в том числе семь скалистых планет размером с Землю системы TRAPPIST-1, 40 световых лет. с Земли (иллюстрация художника). «,: credits =>» NASA / JPL-Caltech / R. Хёрт, Т. Пайл (IPAC) «}}]

Вселенная, полная галактик

Боже мой, она полна галактик: скопление Abell 370.Предоставлено: НАСА, ЕКА, Дж. Лотц и команда HFF

.

В Млечном Пути, галактике, в которой находится наша Солнечная система, около 100 миллиардов звезд. Это консервативная оценка, основанная на массе галактики. (По другим оценкам, цифра может доходить до 400 миллиардов).

И наша галактика далеко не единственная на небе. В течение долгого времени, основываясь на анализе Глубокого поля Хаббла — изображения крошечного квадрата неба с очень длинной выдержкой, в основном заполненного далекими галактиками, астрономы полагали, что их существует около 200 миллиардов, каждая со своими миллиардами и миллиардами. звезд.

В 2016 году они поняли, что также должно быть много галактик, которые были слишком тусклыми и далекими, чтобы появиться в Глубоком Поле Хаббла, а это означает, что общее количество галактик было, вероятно, как минимум в 10 раз больше: получается 2 трлн. (Если вы считаете, количество звезд, во Вселенной, тогда будет около двухсот миллиардов триллионов — это два, за которыми следуют 23 нуля.)

На изображении выше, сделанном космическим телескопом Хаббла, показана одна крошечная часть этих галактик: скопление галактик Abell 370, находящееся примерно в 4 миллиардах световых лет от Земли.Это группа галактик, слабо связанных между собой гравитацией.

Вы можете видеть, что многие галактики кажутся растянутыми или размазанными в результате гравитационного линзирования, которое происходит, когда пути света позади скопления искажаются его огромной массой. Некоторые даже появляются более чем в одном месте из-за формы ряби в пространстве-времени.

Abell 370 содержит всего несколько сотен галактик, а это значит, что Хабблу еще есть что уловить.

Подробнее читайте в НАСА.

Майкл Люси

Майкл Люси — бывший редактор функций Cosmos.

Читайте научные факты, а не беллетристику …

Никогда еще не было более важного времени для объяснения фактов, сохранения знаний, основанных на фактах, и для демонстрации последних научных, технологических и инженерных достижений.»Космос» издается Королевским институтом Австралии, благотворительной организацией, призванной связывать людей с миром науки. Финансовые взносы, какими бы большими они ни были, помогают нам предоставлять доступ к достоверной научной информации в то время, когда она больше всего нужна миру. Пожалуйста, поддержите нас, сделав пожертвование или купив подписку сегодня.

Эволюция Вселенной

Примечание редактора (8.10.19): космолог Джеймс Пиблз получил Нобелевскую премию по физике 2019 года за свой вклад в теорию возникновения и развития нашей Вселенной.Он описывает эти идеи в этой статье, которую он написал в соавторстве для Scientific American в 1994 году.

В определенный момент примерно 15 миллиардов лет назад вся материя и энергия, которые мы можем наблюдать, сконцентрированные в области размером меньше десяти центов, начали расширяться и остывать с невероятно быстрой скоростью. К тому времени, когда температура упала в 100 миллионов раз по сравнению с температурой ядра Солнца, силы природы приобрели свои нынешние свойства, и элементарные частицы, известные как кварки, свободно бродили в море энергии.Когда Вселенная расширилась еще в 1000 раз, вся материя, которую мы можем измерить, заполнила область размером с Солнечную систему.

В то время свободные кварки были заключены в нейтроны и протоны. После того, как Вселенная выросла еще в 1000 раз, протоны и нейтроны объединились, чтобы сформировать атомные ядра, включая большую часть гелия и дейтерия, присутствующих сегодня. Все это произошло в течение первой минуты расширения. Однако условия для захвата электронов атомными ядрами были еще слишком жаркими.Нейтральные атомы в изобилии появились только после того, как расширение продолжалось в течение 300 000 лет, и Вселенная стала в 1000 раз меньше, чем сейчас. Затем нейтральные атомы начали объединяться в газовые облака, которые позже превратились в звезды. К тому времени, когда Вселенная расширилась до одной пятой своего нынешнего размера, звезды сформировали группы, которые можно было узнать как молодые галактики.

Когда Вселенная уменьшилась вдвое, в результате ядерных реакций в звездах образовалось большинство тяжелых элементов, из которых были созданы планеты земной группы.Наша солнечная система относительно молода: она сформировалась пять миллиардов лет назад, когда Вселенная была на две трети своего нынешнего размера. Со временем образование звезд истощило запасы газа в галактиках, и, следовательно, популяция звезд уменьшается. Через пятнадцать миллиардов лет такие звезды, как наше Солнце, будут относительно редкими, что сделает Вселенную гораздо менее гостеприимным местом для таких наблюдателей, как мы.

Наше понимание происхождения и эволюции Вселенной — одно из величайших достижений науки 20 века.Эти знания получены в результате десятилетий инновационных экспериментов и теорий. Современные телескопы на земле и в космосе обнаруживают свет галактик на расстоянии миллиардов световых лет, показывая нам, как выглядела Вселенная в молодости. Ускорители элементарных частиц исследуют основы физики высокоэнергетической среды ранней Вселенной. Спутники обнаруживают космическое фоновое излучение, оставшееся с ранних стадий расширения, обеспечивая изображение Вселенной в самых больших масштабах, которые мы можем наблюдать.

Все наши усилия по объяснению этого обилия данных воплощены в теории, известной как стандартная космологическая модель или космология большого взрыва. Основное утверждение теории состоит в том, что в крупномасштабном среднем Вселенная расширяется почти однородным образом из плотного раннего состояния. В настоящее время у теории большого взрыва нет фундаментальных проблем, хотя, безусловно, есть нерешенные вопросы внутри самой теории. Например, астрономы не уверены, как образовались галактики, но нет оснований полагать, что этот процесс не происходил в рамках Большого взрыва.Действительно, на сегодняшний день предсказания теории выдержали все испытания.

Тем не менее, модель большого взрыва зашла так далеко, и многие фундаментальные загадки остаются. Какой была Вселенная до того, как она расширялась? (Никакие сделанные нами наблюдения не позволяют нам оглянуться назад за тот момент, когда началось расширение.) Что произойдет в далеком будущем, когда последняя из звезд исчерпает запасы ядерного топлива? Пока никто не знает ответов.

Наша вселенная может рассматриваться во многих отношениях мистиками, теологами, философами или учеными.В науке мы идем медленным путем: мы принимаем только то, что проверено экспериментом или наблюдением. Альберт Эйнштейн дал нам хорошо проверенную и принятую теорию относительности, которая устанавливает отношения между массой, энергией, пространством и временем. Эйнштейн показал, что однородное распределение материи в пространстве хорошо согласуется с его теорией. Он без обсуждения предположил, что Вселенная статична и неизменна в среднем крупномасштабном [см. «Как космология стала наукой», Стивен Г.Щетка; НАУЧНЫЙ АМЕРИКАН, август 1992 г.].

В 1922 году русский теоретик Александр А. Фридман понял, что вселенная Эйнштейна нестабильна; малейшее возмущение заставит его расшириться или сузиться. В то время Весто М. Слайфер из обсерватории Лоуэлла собирал первые доказательства того, что галактики действительно расходятся. Затем, в 1929 году, выдающийся астроном Эдвин П. Хаббл показал, что скорость, с которой галактика удаляется от нас, примерно пропорциональна ее расстоянию от нас.

НЕСКОЛЬКО ИЗОБРАЖЕНИЙ далекого квазара ( осталось ) являются результатом эффекта, известного как гравитационное линзирование. Эффект возникает, когда свет от удаленного объекта отклоняется гравитационным полем промежуточной галактики. В этом случае галактика, которая видна в центре, дает четыре изображения квазара. Фотография сделана телескопом Hubble .

Существование расширяющейся Вселенной подразумевает, что Вселенная эволюционировала из плотной концентрации материи в настоящее широко распространенное распределение галактик.Фред Хойл, английский космолог, первым назвал этот процесс Большим взрывом. Хойл намеревался опровергнуть эту теорию, но имя было настолько запоминающимся, что приобрело популярность. Однако в некоторой степени ошибочно описывать расширение как некоторый тип взрыва материи вдали от какой-то конкретной точки пространства.

Это совсем не картина: во вселенной Эйнштейна понятия пространства и распределения материи тесно связаны; наблюдаемое расширение системы галактик показывает развертывание самого пространства.Существенная особенность теории состоит в том, что средняя плотность в космосе уменьшается по мере расширения Вселенной; распределение материи не образует видимого края. При взрыве самые быстрые частицы движутся в пустое пространство, но в космологии большого взрыва частицы равномерно заполняют все пространство. Расширение Вселенной мало повлияло на размер галактик или даже скоплений галактик, которые связаны гравитацией; между ними просто открывается пространство. В этом смысле расширение похоже на поднимающуюся буханку хлеба с изюмом.Тесто аналогично космосу, а изюм — скоплениям галактик. По мере расширения теста изюм раздвигается. Более того, скорость, с которой разделяются любые два изюма, прямо и положительно зависит от количества разделяющего их теста.

Доказательства расширения Вселенной накапливались около 60 лет. Первая важная подсказка — это красное смещение. Галактика излучает или поглощает световые волны одних длин сильнее, чем другие. Если галактика удаляется от нас, эти особенности излучения и поглощения смещаются в сторону более длинных волн, то есть они становятся краснее по мере увеличения скорости удаления.Это явление известно как красное смещение.

Измерения Хаббла показали, что красное смещение далекой галактики больше, чем у более близкой к Земле. Это соотношение, известное теперь как закон Хаббла, — именно то, что можно было бы ожидать от равномерно расширяющейся Вселенной. Закон Хаббла гласит, что скорость удаления галактики равна ее расстоянию, умноженному на величину, называемую постоянной Хаббла. Эффект красного смещения в близлежащих галактиках относительно невелик, и для его обнаружения требуется хорошая аппаратура.Напротив, красное смещение очень далеких объектов — радиогалактик и квазаров — представляет собой потрясающее явление; некоторые, кажется, удаляются со скоростью более 90 процентов от скорости света.

Хаббл внес свой вклад в еще одну важную часть картины. Он подсчитал количество видимых галактик в разных направлениях на небе и обнаружил, что они кажутся довольно равномерно распределенными. Значение постоянной Хаббла казалось одинаковым во всех направлениях, что является необходимым следствием равномерного расширения.Современные исследования подтверждают фундаментальный постулат о том, что Вселенная однородна в больших масштабах. Хотя карты распределения ближайших галактик демонстрируют комковатость, более глубокие обзоры обнаруживают значительную однородность.

Млечный Путь, например, находится в узле из двух дюжин галактик; они, в свою очередь, являются частью комплекса галактик, который выступает из так называемого местного сверхскопления. Иерархия кластеризации прослеживается до размеров около 500 миллионов световых лет.Флуктуации средней плотности вещества уменьшаются по мере увеличения масштаба исследуемой структуры. На картах, охватывающих расстояния, близкие к наблюдаемому пределу, средняя плотность вещества изменяется менее чем на десятую долю процента.

Чтобы проверить закон Хаббла, астрономам нужно измерить расстояния до галактик. Один из методов измерения расстояния — это наблюдение за видимой яркостью галактики. Если одна галактика на ночном небе в четыре раза слабее, чем другая сопоставимая галактика, то ее можно оценить как вдвое дальше.Это ожидание теперь проверено во всем видимом диапазоне расстояний.

ОДНОРОДНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ галактик очевидно на карте, которая включает объекты от 300 до 1 000 миллионов световых лет от нас. Единственная неоднородность, разрыв около центральной линии, возникает из-за того, что часть неба закрыта Млечным путем. Майкл Штраус из Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси, создал карту, используя данные с инфракрасного астрономического спутника НАСА .

Некоторые критики теории указывали, что галактика, которая кажется меньше и слабее, на самом деле не может быть более далекой.К счастью, есть прямое указание на то, что объекты с большим красным смещением действительно находятся дальше. Доказательства получены из наблюдений за эффектом, известным как гравитационное линзирование. Такой массивный и компактный объект, как галактика, может действовать как грубая линза, создавая искаженное, увеличенное изображение (или даже множество изображений) любого источника фонового излучения, который находится за ним. Такой объект делает это, искривляя пути световых лучей и другого электромагнитного излучения. Таким образом, если галактика находится на линии прямой видимости между Землей и каким-либо удаленным объектом, она будет отклонять световые лучи от объекта так, чтобы их можно было наблюдать [см. «Гравитационные линзы» Эдвина Л.Тернер; НАУЧНЫЙ АМЕРИКАН, июль 1988 г.]. За последнее десятилетие астрономы открыли более десятка гравитационных линз. Всегда обнаруживается, что объект за линзой имеет более высокое красное смещение, чем сама линза, что подтверждает качественное предсказание закона Хаббла.

Закон Хаббла имеет большое значение не только потому, что он описывает расширение Вселенной, но и потому, что его можно использовать для вычисления возраста космоса. Если быть точным, время, прошедшее с момента большого взрыва, является функцией текущего значения постоянной Хаббла и скорости ее изменения.Астрономы определили приблизительную скорость расширения, но никто еще не смог точно измерить второе значение.

Тем не менее, это количество можно оценить, зная среднюю плотность Вселенной. Можно ожидать, что из-за того, что гравитация оказывает силу, препятствующую расширению, галактики теперь будут стремиться расходиться медленнее, чем в прошлом. Таким образом, скорость изменения расширения связана с гравитационным притяжением Вселенной, установленным ее средней плотностью.Если это плотность видимого вещества внутри галактик и вокруг них, возраст Вселенной, вероятно, составляет от 12 до 20 миллиардов лет. (Диапазон учитывает неопределенность в скорости расширения.)

Тем не менее, многие исследователи считают, что плотность выше этого минимального значения. Так называемая темная материя будет иметь значение. Сильно защищенный аргумент гласит, что Вселенная достаточно плотна, чтобы в отдаленном будущем расширение замедлилось почти до нуля. При таком предположении возраст Вселенной уменьшается до диапазона от семи до 13 миллиардов лет.

ПЛОТНОСТЬ нейтронов и протонов во Вселенной определяет содержание определенных элементов. Для Вселенной с более высокой плотностью вычисленное содержание гелия мало отличается, а вычисленное содержание дейтерия значительно ниже. Заштрихованная область согласуется с наблюдениями, в диапазоне от содержания гелия в 24 процента до одной части 1010 для изотопа лития. Это количественное согласие — главный успех космологии большого взрыва.

Чтобы улучшить эти оценки, многие астрономы проводят интенсивные исследования по измерению расстояний до галактик и плотности Вселенной.Оценки времени расширения служат важным тестом для модели большого взрыва Вселенной. Если теория верна, все в видимой Вселенной должно быть моложе времени расширения, рассчитанного по закону Хаббла.

Эти две временные шкалы, по крайней мере, примерно совпадают. Например, самым старым звездам в диске галактики Млечный Путь около девяти миллиардов лет — оценка, полученная на основе скорости охлаждения белых карликов. Звезды в ореоле Млечного Пути несколько старше, примерно на 15 миллиардов лет — значение, полученное на основе скорости потребления ядерного топлива в ядрах этих звезд.Возраст самых старых известных химических элементов также составляет приблизительно 15 миллиардов лет — число, полученное с помощью методов радиоактивного датирования. Работники лабораторий получили эти оценки возраста на основе атомной и ядерной физики. Примечательно, что их результаты согласуются, по крайней мере приблизительно, с возрастом, который астрономы определили, измерив космическое расширение.

Другая теория, теория устойчивого состояния, также успешно объясняет расширение и однородность Вселенной.В 1946 году три физика в Англии — Хойл, Герман Бонди и Томас Голд — предложили такую ​​космологию. Согласно их теории, Вселенная постоянно расширяется, а материя создается спонтанно, чтобы заполнить пустоты. Они предположили, что по мере того, как этот материал накапливается, он образует новые звезды, чтобы заменить старые. Эта гипотеза устойчивого состояния предсказывает, что ансамбли близких к нам галактик должны статистически выглядеть так же, как и далекие. Космология большого взрыва делает другое предсказание: если все галактики образовались давным-давно, далекие галактики должны выглядеть моложе ближайших, потому что свету от них требуется больше времени, чтобы добраться до нас.Такие галактики должны содержать больше недолговечных звезд и больше газа, из которого будут формироваться будущие поколения звезд.

Тест концептуально прост, но астрономам потребовались десятилетия, чтобы разработать детекторы, достаточно чувствительные для детального изучения далеких галактик. Когда астрономы исследуют близлежащие галактики, которые являются мощными излучателями радиоволн, они видят в оптическом диапазоне относительно круглые системы звезд. С другой стороны, далекие радиогалактики имеют удлиненную, а иногда и неправильную структуру.Более того, в большинстве далеких радиогалактик, в отличие от ближайших, распределение света имеет тенденцию совпадать с картиной радиоизлучения.

Аналогичным образом, когда астрономы изучают население массивных плотных скоплений галактик, они находят различия между близкими и далекими галактиками. Далекие скопления содержат голубоватые галактики, свидетельствующие о продолжающемся звездообразовании. Рядом похожие скопления содержат красноватые галактики, в которых активное звездообразование давно прекратилось.Наблюдения, проведенные с помощью космического телескопа Хаббла, подтверждают, что по крайней мере часть усиленного звездообразования в этих более молодых скоплениях может быть результатом столкновений между их галактиками-членами, процесс, который в современную эпоху встречается гораздо реже.

ДИСТАНЦИОННЫЕ ГАЛАКТИКИ сильно отличаются от ближайших — наблюдение, которое показывает, что галактики произошли от более ранних, более неправильных форм. Среди галактик, ярких как в оптическом ( синий, ), так и в радиодиапазоне ( красный ) длинах волн, близкие галактики имеют тенденцию иметь гладкие эллиптические формы в оптическом диапазоне длин волн и очень вытянутые радиоизображения.По мере увеличения красного смещения и, следовательно, расстояния галактики имеют более неправильную удлиненную форму, которая кажется выровненной в оптическом и радиоволнах. Крайняя правая галактика видна такой, какой она была в 10 процентах от нынешнего возраста Вселенной. Изображения были собраны Пэт Маккарти из Института Карнеги.

Итак, если все галактики удаляются друг от друга и развиваются из более ранних форм, кажется логичным, что когда-то они были сгущены вместе в каком-то плотном море материи и энергии.В самом деле, в 1927 году, еще до того, как о далеких галактиках стало известно много, бельгийский космолог и священник Жорж Лемэтр предположил, что расширение Вселенной можно объяснить чрезвычайно плотным состоянием, которое он назвал первобытным «суператомом». Он подумал, что, возможно, даже удастся обнаружить остаточное излучение первобытного атома. Но как бы выглядела эта радиационная подпись?

Когда Вселенная была очень молодой и горячей, излучение не могло распространяться очень далеко, не будучи поглощенным и испускаемым какой-либо частицей.Этот непрерывный обмен энергией поддерживал состояние теплового равновесия; в любом конкретном регионе вряд ли будет намного жарче или прохладнее, чем в среднем. Когда материя и энергия достигают такого состояния, результатом является так называемый тепловой спектр, где интенсивность излучения на каждой длине волны является определенной функцией температуры. Следовательно, излучение, возникающее при большом горячем взрыве, можно распознать по его спектру.

Фактически, это тепловое космическое фоновое излучение было обнаружено.Работая над разработкой радара в 1940-х годах, Роберт Х. Дике, работавший тогда в Массачусетском технологическом институте, изобрел микроволновый радиометр — устройство, способное обнаруживать низкие уровни излучения. В 1960-х годах Bell Laboratories использовала радиометр в телескопе, который отслеживал первые спутники связи Echo-1 и Telstar. Инженер, создавший этот прибор, обнаружил, что он обнаруживает неожиданное излучение. Арно А. Пензиас и Роберт В. Уилсон идентифицировали этот сигнал как космическое фоновое излучение.Интересно, что Пензиас и Вильсон пришли к этой идее после того, как Дике предложил использовать радиометр для поиска космического фона.

Астрономы очень подробно изучили это излучение с помощью спутника Cosmic Background Explorer (COBE) и ряда экспериментов с запуском ракет, воздушных шаров и земли. Космическое фоновое излучение имеет два отличительных свойства. Во-первых, он практически одинаков во всех направлениях. (Как сказал Джордж Ф.Лаборатория Смута Лоуренса Беркли и его группа обнаружили в 1992 году, что отклонение составляет всего одну часть на 100 000.) Интерпретация состоит в том, что излучение равномерно заполняет пространство, как и предсказывается в космологии большого взрыва. Во-вторых, спектр очень близок к спектру объекта, находящегося в тепловом равновесии при температуре 2,726 кельвина выше абсолютного нуля. Конечно, космическое фоновое излучение образовалось, когда Вселенная была намного горячее, чем 2,726 градуса, однако исследователи правильно предположили, что видимая температура излучения будет низкой.В 1930-х годах Ричард Толмен из Калифорнийского технологического института показал, что температура космического фона будет уменьшаться из-за расширения Вселенной.

Космическое фоновое излучение является прямым доказательством того, что Вселенная действительно расширилась из плотного горячего состояния, поскольку это условие необходимо для образования излучения. В плотной, горячей ранней Вселенной термоядерные реакции производили элементы тяжелее водорода, включая дейтерий, гелий и литий.Поразительно, что рассчитанная смесь легких элементов согласуется с наблюдаемыми содержаниями. То есть все свидетельства указывают на то, что легкие элементы образовались в горячей молодой Вселенной, тогда как более тяжелые элементы появились позже, как продукты термоядерных реакций, приводящих в действие звезды.

Теория происхождения легких элементов возникла в результате всплеска исследований, последовавших за окончанием Второй мировой войны. Джордж Гамов и аспирант Ральф А. Альфер из Университета Джорджа Вашингтона и Роберт Херман из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса и другие использовали данные ядерной физики, полученные во время войны, чтобы предсказать, какие ядерные процессы могли происходить в ранней Вселенной. и какие элементы могли быть произведены.Альфер и Герман также поняли, что остатки первоначального расширения все еще можно будет обнаружить в существующей вселенной.

Несмотря на то, что важные детали этой новаторской работы были ошибочными, она установила связь между ядерной физикой и космологией. Ученые продемонстрировали, что раннюю Вселенную можно рассматривать как разновидность термоядерного реактора. В результате физики теперь точно рассчитали содержание легких элементов, образовавшихся в результате Большого взрыва, и то, как эти количества изменились из-за последующих событий в межзвездной среде и ядерных процессов в звездах.

Наше понимание условий, которые преобладали в ранней Вселенной, не дает полного понимания того, как формировались галактики. Тем не менее, у нас есть немало кусочков головоломки. Гравитация вызывает рост флуктуаций плотности в распределении материи, потому что она сильнее замедляет расширение более плотных областей, заставляя их расти еще плотнее. Этот процесс наблюдается при росте ближайших скоплений галактик, и сами галактики, вероятно, были собраны таким же процессом в меньшем масштабе.

Росту структуры в ранней Вселенной препятствовало радиационное давление, но это изменилось, когда Вселенная расширилась примерно до 0,1 процента от своего нынешнего размера. В тот момент температура составляла около 3000 кельвинов, достаточно прохладно, чтобы позволить ионам и электронам объединиться с образованием нейтрального водорода и гелия. Нейтральное вещество могло проскальзывать сквозь излучение и образовывать газовые облака, которые могли коллапсировать в звездные скопления. Наблюдения показывают, что к тому времени, когда Вселенная достигла одной пятой своего нынешнего размера, материя собралась в газовые облака, достаточно большие, чтобы их можно было назвать молодыми галактиками.

Актуальная задача сейчас состоит в том, чтобы согласовать очевидную однородность ранней Вселенной с неровным распределением галактик в нынешней Вселенной. Астрономы знают, что плотность ранней Вселенной не сильно менялась, потому что они наблюдают лишь незначительные отклонения в космическом фоновом излучении. До сих пор было легко разработать теории, согласующиеся с доступными измерениями, но в настоящее время ведутся более важные испытания. В частности, разные теории образования галактик предсказывают совершенно разные флуктуации космического фонового излучения на угловых масштабах менее одного градуса.Измерения таких крошечных флуктуаций еще не проводились, но они могут быть выполнены в ходе проводимых сейчас экспериментов. Будет интересно узнать, выдержит ли какая-либо из рассматриваемых в настоящее время теорий образования галактик эти испытания.

Современная Вселенная предоставила широкие возможности для развития жизни в том виде, в каком мы ее знаем — в той части Вселенной, которую мы можем наблюдать, существует около 100 миллиардов миллиардов звезд, похожих на Солнце. Космология большого взрыва, однако, подразумевает, что жизнь возможна только в течение ограниченного периода времени: Вселенная была слишком горячей в далеком прошлом, а ее ресурсы на будущее ограничены.Большинство галактик по-прежнему рождают новые звезды, но многие другие уже исчерпали запасы газа. Через тридцать миллиардов лет галактики станут намного темнее и заполнены мертвыми или умирающими звездами, поэтому будет гораздо меньше планет, способных поддерживать жизнь в том виде, в котором она существует сейчас.

Вселенная может расширяться бесконечно, и в этом случае все галактики и звезды в конечном итоге станут темными и холодными. Альтернативой этому сильному ознобу является большой хруст. Если масса Вселенной достаточно велика, гравитация в конечном итоге обратит расширение вспять, и вся материя и энергия воссоединятся.В течение следующего десятилетия, по мере того, как исследователи совершенствуют методы измерения массы Вселенной, мы можем узнать, идет ли нынешнее расширение к большому похолоданию или к большому сжатию.

В ближайшем будущем мы ожидаем, что новые эксперименты позволят лучше понять Большой взрыв. По мере того, как мы улучшаем измерения скорости расширения и возраста звезд, мы сможем подтвердить, что звезды действительно моложе расширяющейся Вселенной. Недавно построенные или строящиеся более крупные телескопы могут позволить нам увидеть, как масса Вселенной влияет на кривизну пространства-времени, что, в свою очередь, влияет на наши наблюдения далеких галактик.

Мы также продолжим изучать вопросы, которые космология большого взрыва не решает. Мы не знаем, почему произошел Большой взрыв или что могло существовать раньше. Мы не знаем, есть ли у нашей Вселенной братьев и сестер — другие расширяющиеся области, удаленные от того, что мы можем наблюдать. Мы не понимаем, почему фундаментальные константы природы имеют такие значения. Достижения в области физики элементарных частиц подсказывают несколько интересных способов ответа на эти вопросы; задача состоит в том, чтобы найти экспериментальную проверку идей.

Продолжая дискуссии по таким вопросам космологии, следует помнить, что все физические теории являются приближениями к реальности, которые могут потерпеть неудачу, если зайти слишком далеко. Физическая наука продвигается вперед за счет включения более ранних теорий, экспериментально подтвержденных, в более широкие и всеобъемлющие рамки. Теория большого взрыва подтверждается множеством доказательств: она объясняет космическое фоновое излучение, изобилие легких элементов и расширение Хаббла. Таким образом, любая новая космология обязательно будет включать в себя картину Большого взрыва.Какие бы изменения ни принесли ближайшие десятилетия, космология из раздела философии перешла в физическую науку, где гипотезы проходят проверку наблюдением и экспериментом.

Гигантские галактики из детства Вселенной Рассказы о космическом происхождении

Недавно международная группа астрономов отправилась в прошлое, когда нашей Вселенной было всего 1,8 миллиарда лет. Они, конечно, не пошли напрямую, но остановились на следующем лучшем решении: собрать 17 часов звездного света с одного небольшого участка далекого космоса с помощью обсерватории Большого бинокулярного телескопа на вершине горы Грэм в юго-восточной Аризоне.Такие виртуальные путешествия с перемоткой часов являются обычным делом в астрономии — конечная скорость света гарантирует, что чем глубже в космос вы видите, тем дальше во времени смотрите. И многие обсерватории по всему миру могут собирать слабые фотоны с древнего неба. Но эта космическая прогулка касалась чего-то особенного — даже тревожного: аномально крупной эллиптической галактики, получившей название C1-23152. Это яйцевидное скопление звезд настолько велико, что бросает вызов общепринятым моделям своего происхождения. Проще говоря, C1-23152 кажется слишком большим для ранней Вселенной.

Считается, что первые галактики были относительно крохотными, постепенно собирались из более мелких строительных блоков и достигали гигантских размеров только после миллиардов лет роста. Обладая примерно 200 миллиардами звезд солнечной массы, C1-23152 опрокидывает, а затем переворачивает масштабы этого сценария. И не только. За последнее десятилетие астрономы обнаружили несколько очень древних и очень больших галактических гигантов. Например, в 2017 году было обнаружено, что пара чрезвычайно больших галактик — одна из которых способна производить 2900 солнечных масс в год — существовала менее чем через 800 миллионов лет после Большого взрыва.В 2019 году было обнаружено, что семья из 39 огромных галактик — каждая из которых представляет собой звездную фабрику, производящую около 200 звезд солнечной массы в год — проносится через Вселенную в течение двух миллиардов лет после ее рождения.

Угрожает ли это когда-либо увеличивающееся количество почтенных огромных объектов разрушить традиционную модель образования галактик? «Уловка здесь: сколько у вас есть?» говорит Марсель Нилман, астроном из Института астрономии Макса Планка в Гейдельберге, Германия, который не участвовал в новом исследовании.Горстка не имеет значения; Вселенная достаточно велика, чтобы время от времени возникать странные вещи. Но если в будущем с помощью все более совершенных телескопов удастся обнаружить их гораздо больше, то, возможно, эти колоссальные галактики из детства Вселенной могут разрушить наше понимание космоса.

Давным-давно в далекой-далекой галактике

То, что стало общепринятой моделью образования галактик, в значительной степени почерпнуто из моделирования космической эволюции, которое воспроизводит наши наблюдения за локальной вселенной — то, что мы видим около Млечного Пути.

После большого взрыва космос расширился и растянулся довольно равномерно во всех направлениях. Но, как говорит Нилман, вы получаете «крошечные вариации плотности ткани Вселенной». Эти вариации являются домом для сгустков темной материи, вещества, которое излучает незначительное электромагнитное излучение, если оно вообще есть. Таким образом, темную материю еще предстоит обнаружить напрямую, но наблюдения галактик показывают, что эта невидимая масса создает собственное гравитационное притяжение. Это означает, что эти сгустки темной материи притягивают «обычную» материю (то, что мы, люди, можем обнаруживать и с чем взаимодействовать), большая часть которой — газ.Газ падает в эти гравитационные колодцы и сжимается, вызывая звездообразование. Все больше материи продолжает падать в эти постоянно расширяющиеся колодцы, называемые астрономами «ореолами» темной материи, постепенно образуя все более и более крупные структуры в течение 13,8 миллиардов лет жизни Вселенной. Этот процесс должен более или менее создать то распределение галактик, которое мы видим сегодня, говорит Паоло Саракко, астроном из Национального института астрофизики Италии и ведущий автор исследования, в котором сообщается о недавних наблюдениях C1-23152.

Вот почему древние массивные галактики проблематичны. «Для нашего нынешнего понимания формирования галактик мы как бы опираемся на галактики, которые знали в то время», — говорит Корал Уиллер, астроном из Калифорнийского государственного политехнического университета в Помоне, который не участвовал в новом исследовании. В эти галактики не входили очень старые, маленькие или большие. Оглядываясь назад во времени с помощью все более мощных телескопов, мы начали обнаруживать эти очевидные выбросы. И по мере того, как количество аномальных объектов увеличивалось, астрономы начали задаваться вопросом, нужно ли их моделям расширяться, чтобы освободить для них место, или эти модели будут выгибаться и ломаться под действием напряжения.

Как сообщалось в Astrophysical Journal в декабре 2020 года, команде Саракко удалось извлечь некоторые пикантные детали из C1-23152. Свет из далеких космических регионов растягивается расширяющейся Вселенной, когда он летит на Землю. Чем больше он растягивается, тем больше его сдвиг в сторону более длинноволновой «красной» части электромагнитного спектра. Это «красное смещение» света звезды C1-23152 указывает на то, что он появился 12 миллиардов лет назад, еще в юности Вселенной.Тот факт, что эта галактика одновременно древняя и массивная, достаточно проблематична для традиционных моделей формирования галактик медленно, но верно. Но он не выглядел полностью сформированным. Настоящим прорывом Саракко и его команды стало прослеживание истории звездообразования C1-23152 по всей Вселенной.

Ключом к этому прорыву было наблюдение спектра гигантской галактики — радужное измерение различных длин волн или цветов, которые излучает или поглощает объект. Определенные цветовые комбинации выделяют определенные элементы, а это означает, что эту спектральную симфонию можно использовать для определения состава звезд галактики.Используя эту силу, говорит Саракко, «мы впервые с очень хорошей точностью получили средний возраст звездного населения внутри [C1-23152] и время, необходимое для образования этих звезд».

Количество элементов в C1-23152, которые оказались тяжелее водорода и гелия, которые астрономы вместе называют «металлами», намекало на его необычность. Металлы производятся в процессе звездообразования, которое выбрасывает их в межзвездную среду галактики через сверхновые, что делает их доступными для использования звездами следующего поколения.Чем больше металлов, тем больше циклов звездообразования, и современным массивным галактикам потребовалось много миллиардов лет, чтобы стать богатыми металлами. Спектр C1-23152 показал, что галактика в самом начале своего существования была настоящим металлическим золотым дном, а это означает, что вскоре после своего первого образования в ней образовалось партий звезд.

Как быстро? Спектральные особенности звезд также могут ответить на этот вопрос, потому что они показывают, какие из них имеют элементы, типичные для более молодых или старых звезд. Самым молодым звездам в C1-23152 примерно 150 миллионов лет.Самым древним из них около 600 миллионов лет. Это означает, что всего за полмиллиарда лет галактика создала около 200 миллиардов солнечных масс — 450 звезд в год, более одной звезды в день. Эта цифра почти в 300 раз превышает текущую мощность Млечного Пути. Если большинство галактик представляют собой медленно горящие бревна, периодически возникающие новые языки пламени, то C1-23152 — это костер, пропитанный бензином.

C1-23152 и аналогичные ему собратья ставят астрономов перед головоломкой, которая потенциально ломает модели: как можно собрать массивные галактики и зажечь их так быстро на столь раннем этапе? На данный момент ответ, вкратце, таков: они не могут.

Выращивание Вселенной в коробке

В течение некоторого времени моделирование не позволяло вырастить эти огромные галактики. Но это не значит, что они просто не могут этого сделать. Вместо этого проблема может заключаться в том, как они запрограммированы.

«Когда вы запускаете моделирование, существует компромисс между тем, насколько большой объем вы хотите моделировать, и тем, сколько деталей вы можете моделировать из-за мощности компьютера, который у вас есть или которого нет», — говорит Бен Форрест, астроном. из Калифорнийского университета в Риверсайде и соавтором нового исследования.Если эти древние массивные галактики встречаются редко, возможно, мы не используем достаточно большие коробки, чтобы дать шанс появиться одной из них. «Возможно, некоторые модели не охватывают достаточный объем», — говорит он.

Быстро настроить их, чтобы порождать мегагалактики из ранних эпох космического времени, тоже непросто. «На их повторный запуск уходит много времени. Если вы хотите что-то изменить, вы должны быть уверены, что это правильно, и именно это вы хотите, — говорит Форрест.

Некоторые из последних итераций моделирования, с лучшими данными и вычислительной мощностью, действительно предсказывают, что эти массивные галактики будут существовать в небольших количествах в ранние времена, добавляет он.Но в отличие от того, что наблюдается на самом деле, они по-прежнему создают звезды. Древние галактики, в том числе C1-23152, внезапно прекращают звездообразование после продуктивного пика — либо потому, что у них заканчивается водород и гелиевое топливо, либо потому, что излучение, исходящее от свежих звезд и других чрезмерно усердных астрофизических источников, готовит этот газ и взрывает его. вне досягаемости. Очевидно, что некоторые ингредиенты все еще отсутствуют в наших виртуальных рецептах, поэтому мы пока не можем полагаться на их объяснения.

Ученые нашли в другом месте ключи, которые могут объяснить существование этих древних мегагалактик. Анастасия Фиалкова, космолог из Кембриджского университета, которая не участвовала в последней работе, говорит, что, в отличие от полномасштабного моделирования, расчеты аналитической физики могут «учитывать весь объем Вселенной». И они предполагают, что небольшое количество гало темной материи, способных инициировать звездообразование, появляется всего через 40 миллионов лет после большого взрыва.

Это время значительно раньше, чем большинство ореолов темной материи, которые появляются позже, в юные эпохи Вселенной — те, которые, как считается, ответственны за заселение большей части галактик, которые мы видим сегодня.Вместо этого ореолы, появившиеся через 40 миллионов лет после большого взрыва, могли засадить зародыши древних массивных галактик, которые в конечном итоге стали бы обнаруживаемыми с помощью наших телескопов. Ранняя Вселенная также была более плотной, отмечает Уилер. Это позволило бы легко собрать водород и гелий, образующие звезды, вокруг этих первичных ореолов темной материи и, в конечном итоге, галактик.

Другой вариант, говорит Нилман, состоит в том, что могло произойти сочетание вещей.Редкие сверхплотные карманы Вселенной позволили бы слияния нескольких галактик очень рано, в то время как потоки, направляющие газ в сердца галактик, могли бы перезарядить звездообразование.

В любом случае, появление огромных древних галактик легче объяснить, если темная материя холодная. Здесь «холодный» означает, что темная материя движется относительно медленно. «Горячая» темная материя будет двигаться со скоростью, приближающейся к скорости света. Вообще говоря, чем холоднее темная материя, тем легче она может конденсироваться в ореолы, заселяющие галактику.Это предположение не обязательно может быть правильным, но «холодная темная материя — это простейший сценарий темной материи, который работает», — говорит Фиалков.

Неясно, какая комбинация этих событий, если таковая имеется, лучше всего объясняет происхождение и эволюцию C1-23152, не говоря уже о его колоссальных собратьях. «Это не особый уголок вселенной», на который мы смотрим, — говорит Саракко. Но, что важно, здесь ничто не угрожает ниспровергнуть традиционную модель формирования галактик медленно, но верно, говорит он. Эти древние массивные галактики представляют собой еще один путь для галактик.

Назад в будущее

Традиционная модель сохранилась до сих пор, но лишь частично потому, что было обнаружено несколько таких массивных галактик. «Мы имеем дело со статистикой небольшого числа», — говорит Форрест. Однако ученые плохо понимают истинное количество чудовищ. Пока это не изменится, понимание того, какое влияние они оказывают на наше понимание космоса и как галактики эволюционируют по-разному, останется неоднозначным.

Возможно, мы уже видели гораздо больше этих старых мегагалактик, чем нам кажется.Для подробных исследований наши телескопы часто обращаются к самым ярким массивным, но выгоревшим галактикам, прежде чем их природа будет раскрыта. Однако астрономы заметили более тусклые объекты с аналогичными характеристиками, витающие в ранней Вселенной, однако, говорит Стейн Вуйтс, астроном из Университета Бата в Англии, который не участвовал в недавней работе. Они могли оказаться просто менее массивными галактиками или еще более древними массивными галактиками, наблюдаемыми спустя много времени после их расцвета звездообразования.Эти предметы приглушают свечи ближе к дому или огромные костры подальше?

Как всегда, требуется больше данных -. И несколько будущих телескопов помогут нам в этой галактической переписи, путешествующей во времени.

Во-первых, нужно заметить подозрительные яркие пятна в далеком прошлом. «Если вы хотите получить группу кандидатов, тогда широкое поле зрения — это прекрасно», — говорит Форрест. Римский космический телескоп Нэнси Грейс, ранее известный как WFIRST и в настоящее время нацеленный на запуск в 2025 году, будет иметь поле зрения, эквивалентное 100 космическим телескопам Хаббла: его широкие, чувствительные глаза позволят увидеть множество возможных древних массивных галактик.

Затем этих кандидатов необходимо будет провести судебно-медицинскую экспертизу, изучив их различные спектры, чтобы определить их свойства и подтвердить, что они действительно являются такими галактиками, а не самозванцами. «В идеале вам нужен действительно большой телескоп», — говорит Форрест. «Это дает вам больше места для сбора — это большее ведро, в которое фотоны попадают от объекта». Тридцатиметровый телескоп на Гавайях мог бы быть подходящим, если бы он был построен, и Чрезвычайно большой телескоп также мог бы соответствовать всем требованиям. Космический телескоп Джеймса Уэбба, который, наконец, запускается в октябре этого года после множества задержек, тоже должен хорошо работать.«Он не такой большой, — говорит Форрест. «Бак для фотонов немного меньше, но тогда вам не нужно смотреть сквозь атмосферу», так что меньше помех, с которыми приходится иметь дело.

Saracco особенно рад появлению этих луп нового поколения, потому что они будут делать больше, чем просто находить очень далекие объекты. «Мы сможем наблюдать внутри галактики [a] в отдельных областях звездообразования», — говорит он. Другими словами, вместо расплывчатого изображения основных характеристик галактики астрономы получат более детальное представление — разницу между грубым наброском и детальным рисунком — открывая новую главу в нашем понимании того, как образуются галактики.

До тех пор, пока не прибудет эта помощь, эта научная область будет оставаться в зачаточном состоянии. «Формирование галактик связано с огромной неопределенностью, — говорит Уиллер.

Погоня за монстрами в темноте может нервировать. Они угрожают догмам эпохи, вынуждая нас расширять наши ранние модели, чтобы они соответствовали им. И если эти модели растянуты до предела, ничего страшного. «Мы хотим каким-то образом бросить вызов модели», — говорит Уиллер. «Когда что-то не совпадает, тогда становится интересно.”

Сколько звезд во Вселенной?

Наука и исследования

745398 просмотры 2169 классов

Вы когда-нибудь смотрели в ночное небо и задавались вопросом, сколько звезд в космосе? Этот вопрос волновал ученых, а также философов, музыкантов и мечтателей на протяжении веков.

Посмотрите в небо ясной ночью, вдали от ярких уличных фонарей, и вы увидите несколько тысяч отдельных звезд невооруженным глазом.Даже с помощью скромного любительского телескопа можно будет увидеть еще миллионы.

Итак, сколько звезд во Вселенной? Этот вопрос легко задать, но ученым сложно дать честный ответ!

Звезды не разбросаны случайным образом в космосе, они собраны в огромные группы, известные как галактики. Солнце принадлежит галактике под названием Млечный Путь. По оценкам астрономов, только в Млечном Пути насчитывается около 100 миллиардов звезд. Кроме того, существуют миллионы и миллионы других галактик!

Компания Hipparcos нанесла на карту миллионы звезд в нашей галактике, но сколько их еще?

Говорят, что подсчет звезд во Вселенной похож на попытку подсчитать количество песчинок на пляже на Земле.Мы могли бы сделать это, измерив площадь поверхности пляжа и определив среднюю глубину песчаного слоя.

Если мы посчитаем количество зерен в небольшом репрезентативном объеме песка, умножением мы сможем оценить количество зерен на всем пляже.

Для Вселенной галактики — это наши небольшие репрезентативные объемы, и в нашей Галактике есть что-то вроде от 10 11 до 10 12 звезд и, возможно, что-то вроде 10 11 или 10 12 галактик.

С помощью этого простого вычисления вы получите примерно от 10 22 до 10 24 звезд во Вселенной. Это лишь приблизительное число, так как, очевидно, не все галактики одинаковы, точно так же, как на пляже глубина песка не будет одинаковой в разных местах.

Никто не будет пытаться подсчитывать звезды индивидуально, вместо этого мы измеряем интегральные величины, такие как количество и светимость галактик. Инфракрасная космическая обсерватория Herschel внесла важный вклад, «подсчитав» галактики в инфракрасном диапазоне и измерив их светимость в этом диапазоне — чего раньше никогда не делали.

Зная, насколько быстро образуются звезды, можно сделать расчеты более точными. Гершель также нанес на карту скорость образования звезд на протяжении всей истории космоса. Если вы сможете оценить скорость образования звезд, вы сможете оценить, сколько звезд во Вселенной сегодня.

Гайя наносит на карту звезды Млечного Пути

В 1995 году изображение, полученное космическим телескопом Хаббла (HST), показало, что звездообразование достигло пика примерно семь миллиардов лет назад.Однако недавно астрономы снова задумались.

Изображение Hubble Deep Field было получено в оптическом диапазоне длин волн, и теперь есть некоторые свидетельства того, что большая часть ранних звездообразований была скрыта толстыми пылевыми облаками. Облака пыли закрывают видимость звезд и преобразуют их свет в инфракрасное излучение, делая их невидимыми для HST. Но Гершель мог вглядываться в эту ранее скрытую Вселенную в инфракрасном диапазоне волн, открывая гораздо больше звезд, чем когда-либо ранее.

Скоро будет запущена Гея, которая изучит 1 миллиард звезд в нашем Млечном Пути.Он будет основан на наследии миссии «Гиппарх», которая определила положение более ста тысяч звезд с высокой точностью и более миллиона звезд с меньшей точностью.

Gaia будет контролировать каждую из своих миллиардов звезд-мишеней 70 раз в течение пятилетнего периода, точно отображая их положение, расстояния, движения и изменения яркости. В совокупности эти измерения создадут беспрецедентную картину структуры и эволюции нашей Галактики.

Благодаря таким миссиям мы на один шаг ближе к тому, чтобы дать более надежную оценку часто задаваемого вопроса: «Сколько звезд во Вселенной?»

Нравиться

Спасибо за лайк

Вам уже понравилась эта страница, вам может понравиться только один раз!

Различия между Вселенной, Галактикой и Солнечной системой

Различия между Вселенной, галактиками и солнечными системами лежат в основе науки, известной как астрономия.Хотя астрономия — сложная наука, эти основные термины понятны практически каждому. Фактически, базовое понимание этих астрономических систем обычно требуется на уроках естествознания в какой-то момент в начальной школе.

Солнечная система

Солнечные системы — самые маленькие из трех рассматриваемых систем. Солнечная система состоит из звезды, например Солнца, и объектов, на которые действует его сила тяжести. Эти объекты включают планеты, луны, астероиды, кометы и метеороиды.Хотя солнечные системы меньше, чем Вселенная или галактика, человеческому разуму трудно по-настоящему понять истинный размер даже самой маленькой солнечной системы. С точки зрения масштаба, если бы Солнце имело размеры теннисного мяча, Земля была бы размером с песчинку, находящуюся на расстоянии около 8 метров (26 футов) от нас.

Галактики, заполненные звездами

Галактика — это система солнечных систем и других звезд. Галактики, как и солнечные системы, удерживаются вместе гравитацией.В галактиках солнечные системы разделены обширными участками преимущественно пустого пространства. Галактика, в которой находится Земля и ее Солнечная система, называется Млечный Путь. Считается, что эта галактика содержит более 200 миллиардов различных звезд. Солнечные системы вращаются вокруг своих галактик так же, как планеты вращаются вокруг своих солнц. Солнечной системе Земли требуется примерно 200–250 миллионов лет, чтобы завершить оборот по орбите.

Вселенная — общая картина

Вселенная — самая большая из этих трех астрономических концепций.Все вещи, включая галактики и солнечные системы, входят в сферу вселенной. Хотя все, что известно человеку, содержится во Вселенной, ученые считают, что Вселенная постоянно расширяется. Считается, что это результат большого взрыва, массивного взрыва сверхконденсированной материи, создавшего Вселенную и все, что внутри нее содержится.

Изучение различий

Размер — главное различие между Вселенной, галактиками и солнечными системами.Однако существуют и другие различия. Черные дыры — это участки пространства с сильным гравитационным притяжением, из которых не может выйти даже свет.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *