Наша расширяющаяся Вселенная: возраст, история и другие факты

Получение изображений из космоса позволило визуально исследовать космос, как никогда раньше, например, взрывающиеся звезды, сталкивающиеся галактики, черные дыры и многое другое стало видимым во многих длинах волн электромагнитного спектра над атмосферой Земли.

(Изображение предоставлено SRON)



Вселенная родилась в результате Большого взрыва как невообразимо горячая и плотная точка. Когда Вселенной было всего 10-3,4возраста секунды или около того - то есть сотой миллиардной триллионной триллионной секунды - он испытал невероятный всплеск расширения, известный как инфляция, при котором само пространство расширялось быстрее скорости света. За это время Вселенная увеличилась вдвое по крайней мере в 90 раз, почти мгновенно превратившись из субатомного в размер мяча для гольфа.



Работа, направленная на понимание расширяющейся Вселенной, является результатом сочетания теоретической физики и прямых наблюдений астрономов. Однако в некоторых случаях астрономы не смогли увидеть прямых доказательств, таких как случай гравитационных волн, связанных с космическим микроволновым фоном, оставшимся излучением от Большого взрыва. Предварительное объявление об обнаружении этих волн в 2014 году было быстро отозвано после того, как астрономы обнаружили, что обнаруженный сигнал можно объяснить пылью в Млечном Пути.

По данным НАСА, после инфляции рост Вселенной продолжился, но медленнее . По мере расширения пространства Вселенная остывала и образовывалась материя. Через секунду после Большого взрыва Вселенная была заполнена нейтронами, протонами, электронами, антиэлектронами, фотонами и нейтрино.



Связанный: Что такое теория большого взрыва?

В течение первых трех минут существования Вселенной легкие элементы родились в процессе, известном как нуклеосинтез Большого взрыва. Температуры охлаждения от 100 нониллионов (1032) Кельвинов до 1 миллиарда (109) Кельвина, протоны и нейтроны столкнулись, чтобы образовался дейтерий, изотоп водород . Большая часть дейтерия объединяется, чтобы произвести гелий , и следовые количества литий также были созданы.

По данным Национального центра космических исследований Франции (Centre National d'Etudes Spatiales, CNES), в первые 380000 лет или около того вселенная была по существу слишком горячей для того, чтобы свет мог сиять. Теплота творения раздробила атомы вместе с достаточной силой, чтобы превратить их в плотную плазму, непрозрачную суп из протонов, нейтронов и электронов этот рассеянный свет, как туман.



Примерно через 380000 лет после Большого взрыва вещество остыло настолько, что атомы могли образоваться в эпоху рекомбинации, что привело к возникновению прозрачный, электрически нейтральный газ , по данным НАСА. Это высвободило первоначальную вспышку света, появившуюся во время Большого взрыва, которую сегодня можно обнаружить как космическое микроволновое фоновое излучение . Однако после этого момента Вселенная погрузилась во тьму, так как никаких звезд или других ярких объектов еще не сформировалось.

Примерно через 400 миллионов лет после Большого взрыва Вселенная начала появляться из космические темные века в эпоху реионизации. За это время, которое длилось более полумиллиарда лет, сгустки газа схлопнулись достаточно, чтобы сформировать первые звезды и галактики, энергичный ультрафиолетовый свет которых ионизировал и уничтожил большую часть нейтрального водорода.

Хотя расширение Вселенной постепенно замедлился поскольку материя во Вселенной притягивала себя через гравитацию, примерно через 5 или 6 миллиардов лет после Большого взрыва По данным НАСА, таинственная сила, которая теперь называется темной энергией, снова начала ускорять расширение Вселенной, явление, которое продолжается и сегодня.



Спустя 9 миллиардов лет после Большого взрыва родилась наша солнечная система.

Большой взрыв

Большой взрыв произошел не как взрыв, как обычно думают о подобных вещах, несмотря на то, что можно понять из его названия. Вселенная не расширялась в космос, поскольку космос не существовал до Вселенной , по мнению НАСА. Вместо этого лучше думать о Большом взрыве как о одновременное появление пространства повсюду во Вселенной . Вселенная не расширялась ни из одной точки со времени Большого взрыва - скорее, само пространство растягивалось и уносило с собой материю.

Поскольку Вселенная по своему определению охватывает все пространство и время, какими мы ее знаем, НАСА утверждает, что это за пределами модели Большого взрыва чтобы сказать, во что расширяется Вселенная или что привело к Большому взрыву. Хотя есть модели, которые строят предположения по поводу этих вопросов, ни одна из них пока не сделала реалистичных предсказаний, которые можно было бы проверить.

В 2014 году ученые из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики объявили, что они обнаружили слабый сигнал в космическом микроволновом фоне, который может быть первым прямым свидетельством гравитационных волн, которые сами считаются «дымящейся пушкой» Большого взрыва. Результаты горячо обсуждались, и астрономы вскоре отказались от своих результатов, когда поняли, что пыль в Млечном Пути может объяснить их открытия. таинственная рябь

Шаровое скопление NGC 6397 содержит около 400 000 звезд и расположено на расстоянии 7 200 световых лет от нас в южном созвездии Ара. При предполагаемом возрасте 13,5 миллиардов лет он, вероятно, является одним из первых объектов Галактики, образовавшихся после Большого взрыва.

Шаровое скопление NGC 6397 содержит около 400 000 звезд и расположено на расстоянии 7 200 световых лет от нас в южном созвездии Ара. При предполагаемом возрасте 13,5 миллиардов лет он, вероятно, является одним из первых объектов Галактики, образовавшихся после Большого взрыва.(Изображение предоставлено Европейской южной обсерваторией)

Возраст

Возраст Вселенной в настоящее время оценивается примерно в 13,8 миллиарда лет плюс-минус 130 миллионов лет. Для сравнения, возраст Солнечной системы составляет всего около 4,6 миллиарда лет.

Эта оценка пришла из измерения состава вещества и плотности энергии во Вселенной. Это позволило исследователям вычислить, насколько быстро Вселенная расширялась в прошлом. Обладая этим знанием, они могли повернуть время вспять и экстраполировать, когда произошел Большой взрыв . Время между тем и настоящим - это возраст Вселенной.

Состав

Ученые считают, что в самые ранние периоды существования Вселенной не было структуры, о которой можно было бы говорить, с почти равномерным распределением материи и энергии. По данным НАСА, гравитационное притяжение малых колебаний в плотности материи тогда породила огромную паутинообразную структуру из звезд и пустоты, видимую сегодня. Плотные области втягивают в себя все больше и больше материи за счет гравитации, и чем более массивными они становятся, тем больше материи они могут втягивать под действием силы тяжести, образуя звезды, галактики и более крупные структуры, известные как кластеры, сверхскопления, волокна и стенки , с 'великими стенами' тысяч галактик, достигающих более миллиарда световых лет в длину. Менее плотные области не росли, превращаясь в область, казалось бы, пустого пространства, называемого пустотами.

Содержание

Примерно 30 лет назад астрономы думали, что Вселенная состоит из почти полностью из обычных атомов , или «барионная материя», согласно НАСА. Однако в последнее время появилось все больше свидетельств того, что большинство ингредиентов, составляющих Вселенную, имеют формы, которые мы не можем видеть.

Оказывается, атомы составляют всего 4,6 процента Вселенной. Из оставшейся части 23 процента состоит из темной материи, которая, вероятно, состоит из одного или нескольких видов субатомных частиц, которые очень слабо взаимодействуют с обычной материей, а 72 процента состоит из темной энергии, которая, по-видимому, является движущей силой ускоренного расширения Вселенная.

Когда дело доходит до знакомых нам атомов, водород составляет около 75 процентов , в то время как гелий составляет около 25 процентов, а более тяжелые элементы составляют лишь крошечную часть атомов Вселенной, по данным НАСА.

Форма

Форма Вселенной и ее конечная или бесконечная протяженность зависят от борьбы между скоростью ее расширения и силой тяжести. Сила рассматриваемого притяжения частично зависит от плотности вещества во Вселенной.

Если плотность Вселенной превышает определенное критическое значение, тогда Вселенная закрыто 'и' положительно изогнутая ', как поверхность сферы. Это означает, что световые лучи, которые изначально параллельны, будут медленно сходиться, в конечном итоге пересекаться и возвращаться в исходную точку, если Вселенная просуществует достаточно долго. Если это так, по данным НАСА, Вселенная не бесконечна, но не имеет конца , точно так же, как площадь на поверхности сферы не бесконечна, но не имеет начала или конца, о которых можно было бы говорить. Вселенная в конечном итоге перестанет расширяться и начнет сжиматься сама по себе, так называемое «большое сжатие».

Если плотность Вселенной меньше этой критической плотности, то геометрия пространства такова: открытым 'и' отрицательно изогнутый ', как поверхность седла. Если так, то вселенная не имеет границ и будет расширяться навсегда .

Если плотность Вселенной в точности равна критической плотности, то геометрия Вселенной такова: плоский 'с нулевой кривизной, как лист бумаги, согласно НАСА. Если это так, Вселенная не имеет границ и будет расширяться вечно, но скорость расширения будет постепенно увеличиваться. приближаются к нулю через бесконечное время . Недавние измерения показывают, что Вселенная плоская с погрешностью всего 2%.

Возможно, что Вселенная в целом имеет более сложную форму, но при этом имеет другую кривизну. Например, Вселенная могла иметь форма тора или бублика .

Расширяющаяся вселенная

В 1920-х годах астроном Эдвин хаббл обнаружил Вселенная не была статичной . Скорее, он расширялся; Находка, которая показала, что Вселенная, по-видимому, родилась в результате Большого взрыва.

После этого долгое время считалось, что гравитация материи во Вселенной обязательно изменится. замедлить расширение вселенной . Затем, в 1998 г. Космический телескоп Хаббла Наблюдения очень далеких сверхновых показали, что давным-давно Вселенная расширялась медленнее, чем сегодня. Другими словами, расширение Вселенной не замедлялось из-за гравитации, а вместо этого необъяснимо ускорялось. Название неизвестной силы, движущей это ускоряющееся расширение, - темная энергия, и она остается одной из величайших загадок в науке.

Дополнительная информация от авторов demokratija.eu Нолы Тейлор Редд и Элизабет Хауэлл.