Астрономы обнаружили, что Вселенная расширяется гораздо медленнее
Команда американских ученых, применяя все современные методы исследования уточнила величину значения Хаббла. Тем самым она обнаружила, что Вселенная расширяется не так быстро, как предполагалось.
Еще в начале прошлого века американским ученым Эдвином Хабблом предложена концепция расширяющегося Космоса. Он же первым в мире пришел к итогу, что она состоит из многих галактик и что расстояние между ними увеличивается. Последующие расчеты астронома показали, что скорость удаления галактик пропорциональна их расстоянию. Это же означает, что они должны расширяться все быстрее.
Первоначально была получена величина расширения – 500 км в секунду, исходя из расстояния в мегапарсек, т.е. 3,26 миллиона световых лет, или же невообразимых 30 квинтиллионов километров (квинтиллион – это единица с 18 нулями). Интересно, что галактика, которая расположена в двух мегапарсеках от нашей планеты, расширяется в 2 раза быстрее, чем галактика, удалена на расстояние в один мегапарсек.
Астрономы используют разное оборудование, которое позволяет обновить показатели Хаббла. Самая достоверная величина скорости расширения космоса до сегодняшнего дня – 74 километра в секунду на миллион парсек.
Сверхновые аппараты, применяющиеся в космической обсерватории Планка, изменили точность астрономических наблюдений и уточнили эту постоянную. Она отличается от первоначального показателя более, чем в 7 раз. По результатам современных наблюдений, она равняется 67,5 километра в секунду на мегапарсек.
Это стало возможным благодаря сопоставлению последней информации, полученной с космического гамма телескопа Ферми. Он показал ослабление радиационного излучения, исходящего из звезд. Изменение этой величины и послужило поводом для пересмотра показателя удаления объектов во Вселенной.
Примечательно, что гамма-лучи испускаются всеми звездам, но особенно активно – квазарами. Это наиболее яркие объекты наблюдаемой части Вселенной. Особенность их в строении: это активное ядро галактики на начальном этапе своего развития, где огромная черная дыра поглощает вещество, которое ее окружает. В результате квазар буквально выталкивает из себя огромное количество гамма-излучения.
Когда эти лучи достигают нашей планеты, они взаимодействуют с фотонами, происходящими из Солнца. Скорость их столкновения зависит от расстояния, которое прошли гамма лучи. Эта величина, зависит от скорости, с которой расширяются все галактики во Вселенной. Путем математических вычислений ученым удалось узнать обновленное значение постоянной Хаббла.
Вполне вероятно, что в будущем, по мере развития методов астрономических исследований ученым удастся добиться еще большей точности в вычислении постоянной Хаббла. Но даже обновленная скорость кажется нам, жителям Земли, внушительной. Развитие астрономии в будущем позволит разгадать тайны рождения Вселенной.
Источник
Астрономы обнаружили, что Вселенная расширяется гораздо медленнее
Команда американских ученых, применяя все современные методы исследования уточнила величину значения Хаббла. Тем самым она обнаружила, что Вселенная расширяется не так быстро, как предполагалось.
Еще в начале прошлого века американским ученым Эдвином Хабблом предложена концепция расширяющегося Космоса. Он же первым в мире пришел к итогу, что она состоит из многих галактик и что расстояние между ними увеличивается. Последующие расчеты астронома показали, что скорость удаления галактик пропорциональна их расстоянию. Это же означает, что они должны расширяться все быстрее.
Первоначально была получена величина расширения – 500 км в секунду, исходя из расстояния в мегапарсек, т.е. 3,26 миллиона световых лет, или же невообразимых 30 квинтиллионов километров (квинтиллион – это единица с 18 нулями). Интересно, что галактика, которая расположена в двух мегапарсеках от нашей планеты, расширяется в 2 раза быстрее, чем галактика, удалена на расстояние в один мегапарсек.
Астрономы используют разное оборудование, которое позволяет обновить показатели Хаббла. Самая достоверная величина скорости расширения космоса до сегодняшнего дня – 74 километра в секунду на миллион парсек.
Сверхновые аппараты, применяющиеся в космической обсерватории Планка, изменили точность астрономических наблюдений и уточнили эту постоянную. Она отличается от первоначального показателя более, чем в 7 раз. По результатам современных наблюдений, она равняется 67,5 километра в секунду на мегапарсек.
Это стало возможным благодаря сопоставлению последней информации, полученной с космического гамма телескопа Ферми. Он показал ослабление радиационного излучения, исходящего из звезд. Изменение этой величины и послужило поводом для пересмотра показателя удаления объектов во Вселенной.
Примечательно, что гамма-лучи испускаются всеми звездам, но особенно активно – квазарами. Это наиболее яркие объекты наблюдаемой части Вселенной. Особенность их в строении: это активное ядро галактики на начальном этапе своего развития, где огромная черная дыра поглощает вещество, которое ее окружает. В результате квазар буквально выталкивает из себя огромное количество гамма-излучения.
Когда эти лучи достигают нашей планеты, они взаимодействуют с фотонами, происходящими из Солнца. Скорость их столкновения зависит от расстояния, которое прошли гамма лучи. Эта величина, зависит от скорости, с которой расширяются все галактики во Вселенной. Путем математических вычислений ученым удалось узнать обновленное значение постоянной Хаббла.
Вполне вероятно, что в будущем, по мере развития методов астрономических исследований ученым удастся добиться еще большей точности в вычислении постоянной Хаббла. Но даже обновленная скорость кажется нам, жителям Земли, внушительной. Развитие астрономии в будущем позволит разгадать тайны рождения Вселенной.
Источник
Божьи мельницы: как было открыто вращение самых больших структур во Вселенной
Поговорку «Хочешь жить, умей вертеться» мог бы придумать астроном. Вокруг своей оси вращаются планеты, звезды, некоторые галактики и многие другие объекты. Теперь же ученые неожиданно обнаружили вращение самых больших в космосе структур — нитей, составленных из галактик и вытянутых на сотни миллионов световых лет.
В космической паутине
Когда Вселенная возникла в результате Большого взрыва, она была очень однородной. Ни одну точку новорожденного космоса нельзя было отличить от любой другой. Существовали лишь крошечные различия в плотности материи. Эти мизерные уплотнения стали зародышами грандиозной космической структуры, наблюдаемой сегодня. Ведь там, где больше плотность вещества, сильнее гравитация. А гравитация притягивает окружающую материю, и в результате плотность становится еще больше. Это замкнутый круг, из-за которого изначально крошечная неоднородность растет, как снежный ком.
Впрочем, материя Вселенной собралась не в сферические комья, а в более причудливый узор. Сначала она образовала плоские широкие стены, похожие на блины (они так и называются — «блины Зельдовича»). Потом вещество стянулось от центра каждого «блина» к его краям. Так возникла колоссальная космическая паутина, которую мы наблюдаем сегодня. Она образована нитями (они же волокна и филаменты), состоящими из галактик или скоплений галактик (вопрос, что называть скоплением, достаточно тонкий). Длина этих нитей измеряется сотнями миллионов световых лет, а диаметр — «всего» миллионами. Для сравнения: диаметр Млечного Пути — порядка 100 000 световых лет. Промежутки между нитями образуют так называемые войды (пустоты), в которых галактик практически нет.
Итак, сперва однородная масса разделилась на плоские стены, а потом стены стянулись к краям, собравшись в тонкие нити. Но история скучивания вещества неугомонной гравитацией на этом не закончилась. На наших глазах галактики стекаются к перекрестьям нитей. Волокна космической паутины — это огромные реки. Они текут к гигантским скоплениям галактик, образовавшимся на пересечении волокон. Возможно, когда-нибудь (нескоро даже по астрономическим меркам) материя окончательно стянется в сферические комки, и впечатляющая паутина Вселенной перестанет существовать.
Голова кругом
Не стоит думать, что каждая галактика дисциплинировано движется вдоль космического волокна, словно автомобиль в полосе автомагистрали. На самом деле у каждого «звездного острова» своя траектория. Индивидуальные движения накладываются на общее упорядоченное течение, внося в него долю хаоса. Однако за вычетом этого беспорядка галактики движутся вдоль космических нитей, словно вода в реке вдоль русла. Во всяком случае, так гласит простейший вариант теории, и до сих пор у специалистов не было оснований считать иначе.
Однако в 2020 году был опубликован препринт любопытной теоретической работы. Ее авторы утверждали, что галактики внутри космической нити могут двигаться по винтовой линии. Они словно отслеживают форму огромной пружины, винтовой лестницы или спирали ДНК. Такое движение с некоторой натяжкой можно назвать вращением космической нити вокруг своей оси. Исследователи проиллюстрировали этот процесс специальной анимацией.
Эта гипотеза заинтересовала команду ученых из Германии, Китая и Эстонии.
«Руководствуясь предположением теоретика доктора Марка Нейринка о том, что волокна могут вращаться, мы исследовали наблюдаемое распределение галактик в поисках вращения волокон», — рассказывает соавтор статьи в Nature Astronomy Ноам Либескинд из Потсдамского астрофизического института.
Исследователи использовали данные обзора SDSS, в котором содержались наблюдения за сотнями тысяч галактик. Авторы нанесли на карту тысячи нитей космической паутины, для каждого волокна была прочерчена продольная ось. Затем астрономы тщательно сравнили спектры галактик, расположенных по разные стороны оси. Их интересовало так называемое красное и синее смещение. Эта характеристика позволяет узнать, удаляется объект от наблюдателя или приближается к нему, и с какой скоростью.
Чтобы понять, что увидели исследователи, возьмите вытянутый предмет (например, ручку, хотя эффект будет заметнее на плоском объекте вроде смартфона). Поднимите его на уровень глаз и медленно поверните вокруг продольной оси. Окажется, что одна сторона вращающегося предмета удаляется от ваших глаз, а другая приближается к ним. Именно это и обнаружили специалисты, отследив движение составляющих волокна галактик относительно наблюдателя. Другими словами, они обнаружили вращение волокон вокруг своей оси.
Конечно, реальные траектории «звездных островов» далеки от идеальной винтовой линии. Это вращение — скорее общий компонент в дрейфе множества галактик, который останется, если убрать их индивидуальные движения. Последние могут и преобладать, делая вращение незаметным. В целом авторы вовсе не утверждают, что вращается каждое волокно в паутине Вселенной. Скорее, вращаются лишь некоторые (наименее «бурлящие») из них. Но это уже само по себе — крупное во всех смыслах открытие.
«Эти фантастические нити материи вращаются, несмотря на то, что они являются тонкими цилиндрами — по соотношению габаритов похожими на карандаши — длиной в сотни миллионов световых лет, но всего несколько миллионов световых лет в диаметре, — комментирует Либескинд. — В этих масштабах сами галактики внутри них — просто пылинки. Они движутся по винтовым линиям, или штопорообразным орбитам, вращаясь вокруг середины нити, но в то же время путешествуя вдоль нее. Подобное вращение никогда раньше не наблюдалось в таких огромных масштабах, и, следовательно, должен существовать пока неизвестный физический механизм, ответственный за вращение этих объектов».
Называя механизм неизвестным, эксперт осторожничает. В теоретической работе группы Нейринка, с которой все началось, винтовое движение галактик в нитях порождается гравитацией колоссальных скоплений галактик, расположенных на концах волокна. Анализируя данные каталога SDSS, Либескинд и его коллеги обнаружили важное свидетельство того, что так и есть: выяснилось, что чем массивнее эти скопления, тем заметнее вращение нити. Это, кстати, один из главных аргументов за то, что обнаруженное движение галактик реально. Будь эффект следствием какой-нибудь погрешности, вкравшейся в сбор или обработку данных, не было бы причин для взаимосвязи между вращением нити и массой скоплений на ее концах.
Впрочем, астрофизикам только предстоит выяснить детали механизма, приводящего в движение структуры, рядом с которыми галактики — просто пыль. Пока остается без ответа и самый интригующий вопрос: влияет ли это вращение на жизнь галактик, звезд и разумных существ.
Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора
Источник
Пять мифов о Большом взрыве
Вся Вселенная была сконцентрирована в бесконечно малой точке, затем она взорвалась, и вся масса, составляющая Вселенную, была выброшена в окружающее нас пространство.
Астрофизик сказал бы вам, что всё в этом утверждении неверно.
“Совершенно не так мы должны думать о Большом взрыве”, – говорит Торстен Брингманн.
Брингманн – профессор космологии и физики астрономических частиц в Университете Осло (UiO).
Аре Раклев, профессор теоретической физики в UiO, заметил, что многие описания этого события дают неверную картину того, что на самом деле утверждает теория Большого взрыва.
Раклев и Брингманн расскажут нам о самых распространённых заблуждениях.
Тёплый и плотный
Прежде всего, что на самом деле означает фраза “Большой взрыв”?
“Теория Большого взрыва состоит в том, что около 14 миллиардов лет назад Вселенная находилась в состоянии, которое было намного теплее и плотнее, и что в определённый момент она расширилась. Вот и всё, не более того”, – говорит Раклев.
С тех пор Вселенная продолжала расширяться и становилась всё холоднее и холоднее.
Основываясь на этой теории, учёные получили более чёткое представление об истории Вселенной, например, о том, когда образовались элементарные частицы, а также атомы, звёзды и галактики.
Они хорошо себе представляют то, что произошло, когда Вселенной было всего около 10 -32 секунды – это 0,0000000000000000000000000000000001 секунды.
Это был взрыв
Сама фраза “Большой взрыв” звучит так, как будто это был взрыв. Но это не совсем точное описание. И скоро вы узнаете почему.
В начале 1920-х годов математик Александр Фридман обнаружил, что общая теория относительности Эйнштейна предусматривает расширение Вселенной. К такому же выводу пришёл бельгийский священник Жорж Лемэтр.
В центре данного изображения находится массивное скопление галактик; вдоль его границ видны красноватые точки; это копии одной и той же галактики под названием PLCK G045.1 + 61.1, которая находится на расстоянии 12 миллиардов световых лет от нас. Авторы и права: NASA / ESA / Hubble / B. Frye.
Вскоре после этого Эдвин Хаббл показал, что галактики действительно удаляются друг от друга.
Галактики удаляются от нас. Свет от них смещён в красный конец спектра. Кроме того, галактики удаляются от нас с ускорением.
Когда-нибудь почти все галактики, которые мы сейчас можем наблюдать в телескопы, исчезнут из нашего поля зрения. В конце концов звёзды погаснут, и наблюдатели будут смотреть в вечно тёмное и одинокое небо.
К счастью, до этого очень далеко.
Мы также можем проследить историю в обратном направлении. Галактики расходятся, а значит раньше они были ближе.
“Если вы возьмёте всю наблюдаемую Вселенную и перемотаете время назад, всё уместится в очень и очень маленькую область”, – говорит Раклев.
И когда мы подойдём к моменту Большого взрыва, то что произойдёт?
Логично предположить, что Большой взрыв был взрывом, в результате которого в космическое пространство была выброшена материя.
“Но когда дело доходит до Большого взрыва, выходит не вещество”, – говорит Раклев.
Сама Вселенная расширяется, само пространство расширяется.
Взрыв, при котором материя разлетается во всех направлениях, не является точной картиной Большого взрыва.
Вселенная расширяется во что-то
Так что не галактики разлетаются, а расширяется само пространство.
Это можно представить как кусок теста с изюмом. Где тесто олицетворяет космос, а изюм – галактики. Дайте тесту подняться, и расстояние между изюминками будет увеличиваться.
Брингманн использует в качестве примера поверхность воздушного шара. Нарисуйте точки на сдутом воздушном шарике и посмотрите, как расстояние между точками будет увеличиваться по мере его надувания.
“В то же время верно, что галактики также движутся за счёт взаимного гравитационного притяжения – это дополнительный эффект”, – говорит Раклев.
Свет от некоторых галактик смещается к синему концу спектра, что означает, что они движутся к нам. Это относится к некоторым близлежащим галактикам. Но на больших расстояниях этот эффект затмевается законом Хаббла-Леметра, который утверждает, что скорость с которой галактики удаляются от нас пропорциональна расстоянию до них. Фактически, расстояние между галактиками увеличивается быстрее, чем свет от них доходит к наблюдателю.
Спиральные галактики UGC 9618 и VV 340, находящиеся в процессе слияния. Авторы и права: NASA / ESA / Hubble Heritage.
Шарик теста в духовке расширяется внутри имеющегося пространства внутри духовки. А что насчёт Вселенной? Что снаружи?
Вселенная ни во что не расширяется. Учёные считают, что у Вселенной нет границы.
То, что мы называем наблюдаемой Вселенной, представляет собой окружающий нас пузырь диаметром 93 миллиарда световых лет. Чем дальше находятся объекты на которые мы смотрим, тем дальше во времени мы заглядываем. Мы не можем наблюдать или измерять что-либо дальше, чем расстояние, которое успел пройти свет к нам с момента Большого взрыва.
Из-за того, что Вселенная расширяется, наблюдаемая Вселенная, как это ни парадоксально, намного больше 14 миллиардов световых лет.
Но учёные подсчитали, что Вселенная за пределами нашего пузыря намного, намного больше, она бесконечна.
Иллюстрация, показывающая эволюцию Вселенной, начиная от Большого Взрыва слева, и до появления космического микроволнового фона. После образования первых звёзд заканчиваются космические тёмные века, за которыми следует образование галактик. Авторы и права: CfA / M. Weiss.
Оказывается, Вселенная может быть “плоской”. И это означает, что если два световых луча всегда будут двигаться параллельно друг другу, то они никогда не встретятся. Если вы попытаетесь отправиться в конец Вселенной, то вы никогда не достигнете его. Вселенная – бесконечна.
Если Вселенная имеет положительную кривизну, то теоретически она может быть конечной. Но тогда она была бы похожа на какую-то странную сферу. Если вы пойдёте до “конца”, вы окажетесь в том же месте, в котором начали своё путешествие, независимо от того, в каком направлении вы двигались.
В любом случае Вселенная может расширяться, не расширяясь ни во что.
У Большого взрыва был центр
Если мы снова представим Большой взрыв как взрыв, то вероятно, что у него был центр. Именно так и устроены взрывы.
Но с Большим взрывом всё было иначе. Почти все галактики удаляются от нас во всех направлениях. Похоже, что Земля была центром Вселенной. Но это не так.
Модель распределения галактик и газа во Вселенной: внутри газовых нитей синего цвета, соединяющих оранжевые галактики, изредка можно обнаружить газовые облака. Авторы и права: TNG Collaboration.
Все остальные наблюдатели увидят то же самое из своей родной галактики.
Вселенная расширяется повсюду одновременно. Большой взрыв произошёл не в каком-то конкретном месте. Он произошёл везде.
Вся Вселенная находилась в крошечной точке
Это правда, что вся наша наблюдаемая Вселенная была невероятно плотной и находилась в очень маленьком пространстве перед Большим взрывом.
Но как Вселенная может быть бесконечной и в то же время такой маленькой?
Вы могли где-то читать, что Вселенная сначала была меньше атома, а затем размером с футбольный мяч. Но эта аналогия намекает на то, что пространство изначально имело границы и край.
“Ничто не говорит нам о том, что Вселенная не была бесконечной во время Большого взрыва”, – говорит Раклев.
Она была меньше в том смысле, что то, что тогда было метром, теперь расширилось на огромные расстояния во многие миллиарды световых лет.
Вселенная была бесконечно маленькой, горячей и плотной
Возможно, вы слышали, что Вселенная возникла как сингулярность. Или что она была бесконечно маленькой, горячей и так далее. Это может быть правдой, но многие физики считают, что это не так.
По словам космолога Стина Хансена, сингулярность – это выражение математики, которая не может быть описана с помощью обычной физики.
На этой иллюстрации показана одна из самых первых галактик во Вселенной. Авторы и права: James Josephides / Swinburne Astronomy Productions.
Сегодняшняя Вселенная немного больше, чем была вчера. И она немного больше, чем была миллион лет назад. Теория Большого взрыва предполагает экстраполяцию всего этого назад во времени.
“Если я экстраполирую всё назад, Вселенная будет становиться всё меньше и меньше, она будет становиться всё плотнее и плотнее, теплее и теплее. Наконец, вы дойдёте до точки, где она действительно маленькая, действительно горячая и плотная. И вот тут нам нужно остановиться”, – говорит Брингманн.
Если вы проанализируете общую теорию относительности, вы достигнете точки с бесконечно высокой плотностью и теплотой, размер которой равен нулю.
“Это чистая математическая экстраполяция, выходящая за рамки того, что на самом деле допускает теория”, – говорит Брингманн.
Затем вы достигните точки, где плотность энергии и температуры настолько высоки, что у нас попросту нет физических теорий, чтобы их описать.
Физикам нужна другая теория. И есть люди, которые занимаются её поиском.
“Что нам нужно, чтобы описать такое экстремальное состояние? Вот здесь мы входим в область, где вам нужна теория, сочетающая гравитацию и квантовую теорию. Никто ещё не смог её сформулировать. Ожидается, что квантовая гравитация не подтвердит предположение о том, что всё произошло из одной точки”, – говорит Брингманн.
Так что то, что произошло в это время, в самый ранний момент в истории Вселенной, всё ещё скрыто от нас, по крайней мере, на сегодняшний день.
Источник