Строение Вселенной
Перед тем, как узнать о строении Вселенной, нужно определиться с тем, что именно вы понимаете под этим понятием. У слова Вселенная, как ни странно, есть два значения. Первое – философское, объединяющее под собой все сущее и состоящее из пространства и времени. Второе – материальное, это астрономическая Вселенная, которая описывает не абстрактное «все», а конкретные объекты, небесные тела, звездные скопления, астероиды, космический мусор, и даже нас с вами. Вот об этом мы сегодня и поговорим.
Если углубиться в точечную структуру астрономической Вселенной, то окажется, что по большей части она состоит из водорода – на 75%. На втором месте находится гелий, занимающий около 23%, а остальные 2 приходятся на все остальные элементы, включая кислород и углерод.
Вселенная очень разряжена, ее плотность составляет 10 -29 г/см 3 , и преобладающими веществами в ней являются темная энергия и темная материя. Говоря точнее, материя – это все, что есть во Вселенной. Просто она бывает осязаемой – вещество, и неосязаемой – энергия. Вещество в свою очередь тоже разделяется на две группы согласно тому, может оно взаимодействовать с электромагнитным излучением или не может. Если нет, значит оно темное. И если с темным веществом все более ли менее понятно, то вот что такое темная энергия, объяснить сложно. Если коротко – это неструктурированная материя с отрицательным давлением, не позволяющая структурированной материи растягиваться. То есть благодаря ей метр всегда состоит из 100 сантиметров, даже несмотря на расширение Вселенной.
Кроме плотности, структуры, температуры и некоторых других характеристик, мы мало что можем сказать о Вселенной. Например, мы не знаем ее точного размера или формы. Непонятно даже, есть ли они у нее. То же самое можно сказать и про массу, которая ко Вселенной вообще не применяется.
Из чего состоит Вселенная
Итак, со структурой разобрались, теперь можно поговорить о более детальном строении мироздания. Начнем с самых больших объектов и будем двигаться к самым маленьким.
Состав Вселенной
Самые громадные области Вселенной – это далеко не галактики, как может показаться на первый взгляд. (Галактики даже не входят в топ-3, но об этом позже). Самые большие зоны – это пустоты или войды. Да, большую часть Вселенной составляет пустота, вы все правильно поняли. Войды – это такие участки космоса, в которых нет вообще ничего, даже галактических скоплений. Эти участки могут быть громадными: около 30 парсек. Но есть еще и супервойды, которые простираются на 150 мегапарсек и, скорее всего, занимают около половины всей Вселенной. Говоря слово «пустота», мы подразумеваем, что там нет звезд, планет и прочих небесных тел. Но по-прежнему присутствует вакуум, который на самом деле не такой уж и пустой.
Следующими по размеру после войдов являются галактические нити. Как вы уже, наверное, догадались по названию, это структура представляет собой нить из галактик. Ее длина в среднем составляет около 70-80 мегапарсек. Нити простираются между войдами и могут образовывать собой что-то вроде стен, состоящих из сверхскоплений. Кстати о них.
Сверхскопления галактик – следующая по величине структура во Вселенной. Она включает в себя группы и скопления галактик, которые вытягиваются по длине примерно на 10-50 мегапарсек. В редких случаях длина может достигать 100 мегапарсек, а толщина – 1. В отличие от нитей, сверхскопления состоят из нескольких волокон, которые переплетаются между собой, образуя единую структуру. А между этими волокнами располагаются пустоты.
Сверхскопления галактик
Далее идут скопления галактик, которые представляют собой галактические системы общим размером около 100 световых лет и массой больше тысячи масс Солнца. Скопления галактик бывают правильными, неправильными и промежуточными. Первые также называют регулярными, они имеют округлую форму и увеличивают густоту галактик от краев к центру. Вторые – иррегулярные, их форма может быть произвольной, а концентрация галактик, наоборот, уменьшается к центру.
Помимо скоплений, есть еще и группы галактик. Формально это одно и то же, просто группами называют объединения до ста «участников», а скоплениями – больше ста. Но в плане строения разницы между ними нет.
Наконец-то мы подобрались к чему-то более знакомому – галактики. Это структуры, состоящие из групп звездных систем, космической пыли и межзвездного газа. Газ заполняет собой пространство между звездами и является крайне разряженным веществом с плотностью менее атома на кубический сантиметр. Ну а пыль – это просто пыль, частицы которой настолько маленькие, что вы их даже не увидите. Самые крупные из них составляют десятую долю миллиметра в диаметре. Все галактики удалены от нас на огромные расстояния, кроме той, в которой мы находимся, конечно же. Они бывают разными: эллиптическими, спиральными, карликовыми и так далее. Они все различаются по массе и размерам. Например, диаметр самой большой из всех известных нам галактик IC 1101 составляет 600 килопарсек.
Спиральная галактика NGC 4414
Все галактики состоят из звездных скоплений. Это группа звездных систем с общим происхождением, которые движутся в гравитационном поле галактики как одна цельная структура. Вы можете знать их как созвездия.
Звездные системы представляют собой одну звезду или целую группу вместе с их планетными системами, объединенных друг с другом гравитацией.
Планетная система – это все небесные тела, захваченные гравитацией звезды и вращающиеся вокруг нее. Наша Солнечная система тоже является такой структурой. Сюда входит сама материнская звезда, планеты, их спутники, астероиды, кометы и другие более мелкие объекты.
Звезда – небесное тело, достаточно большое для того, чтобы в его ядре начали протекать термоядерные реакции, выделяющие колоссальное количество энергии. Звезды разделяются на разные виды в зависимости от размера и температуры. Ближайшая к нам звезда – Солнце.
Звезды
Вокруг небесного светила в планетной системе вращаются планеты. Эти небесные тела имеют достаточную массу, чтобы обзавестись собственным гравитационным полем и очистить свою орбиту, но они все еще не настолько большие, чтобы запустить термоядерные реакции в ядре. В нашей системе насчитывается восемь планет, включая Землю.
Карликовые планеты также обладают своим гравитационным полем и могут принять форму шара, но они не способны очистить окрестности своей орбиты от различного мусора, так как слишком маленькие. Под данное определение подходит Плутон, который не так давно считался девятой планетой Солнечной системы.
Помимо всего прочего, в звездных системах еще есть спутники планет и более мелкие тела: астероиды, кометы, метеороиды и многое другое.
Источник
Сколько материи во Вселенной на самом деле?
Из чего состоит Вселенная? Ответ на этот вопрос ученые ищут на протяжении десятилетий, но лишь недавно им удалось немного приблизиться к разгадке. Как это ни странно, но 2020 год оказался богат на научные открытия – так, в сентябре астрофизики обнаружили что материя составляет около 31% от общего количества материи и энергии в нашей Вселенной. Остальные же 69%, по мнению ученых, составляет темная энергия – таинственная сила, которая, как считается, ответственна за ускоряющееся расширение Вселенной. Следом, в ноябре, в свет вышла работа команды исследователей из Национального центра научных исследований Франции (CNRS), согласно которой 40% видимой материи во Вселенной (о существовании которой раньше мы не знали) скрыто в диффузных нитях гигантской, соединяющей галактики космической паутины. Рассказываем, что известно современной науке о составе Вселенной.
Французские исследователи предполагают, что так как нити космической паутины рассеяны, а сигналы, которые они испускают, слабы, 40% материи Вселенной оставалось незамеченным на протяжении 20 лет.
Барионы – частицы, состоящие из трех кварков, таких как протоны и нейтроны. Они составляют атомы и молекулы, а также все структуры, которые можно увидеть в наблюдаемой Вселенной (звезды, галактики, скопления галактик и т. д.).
Из чего состоит наша Вселенная?
Считается, что Вселенная состоит из трех типов вещества: нормальной материи, «темной материи» и «темной энергии». Нормальная материя состоит из атомов, из них же состоят звезды, планеты, люди и все другие видимые объекты в нашей Вселенной. Как ни унизительно это звучит, но нормальная материя почти наверняка составляет наименьшую долю Вселенной, где-то между 1% и 10%. Согласно популярной в настоящее время модели Вселенной 70% материи приходится на темную энергию, 25% – на темную материю и 5% – на нормальную материю.
Однако результаты нового исследования, опубликованного в журнале Astronomy & Astrophysics предполагают, что около 40% всей видимой материи Вселенной – той, что составляет все что мы можем видеть и осязать – обнаружено впервые. Команда ученых из Национального центра научных исследований Франции (CNRS) считает, что наконец-то обнаружила ее – скрытую в галактических нитях космической паутины.
Сегодня наших знаний о Вселенной недостаточно для того, чтобы с уверенностью сказать из чего она состоит.
Хотите всегда быть в курсе последних научных открытий в области космологии и астрофизики, подписывайтесь на наш канал в Google News чтобы не пропустить ничего интересного.
Сколько во Вселенной материи?
Астрофизики считают, что около 40% обычной материи, из которой состоят звезды, планеты и галактики, оставалось незамеченной (на протяжении 20 лет), скрытой в виде горячего газа в сетях космической паутины. Напомним, что космическая паутина состоит из галактик, распределенных по всей Вселенной в виде сложной сети узлов, соединенных нитями, которые, в свою очередь, разделены пустотами. Подробнее о том, что такое галактические нити и космическая паутина, читайте в нашем материале.
Считается, что нити космической паутины содержат почти всю обычную (так называемую барионную) материю Вселенной в виде рассеянного горячего газа. Однако сигнал, испускаемый этим диффузным газом, настолько слаб, что в действительности от 40% до 50% барионов остаются незамеченными.
Это недостающие барионы, скрытые в нитевидной структуре космической паутины и пытались обнаружить французские исследователи. Они провели статистический анализ, в ходе которого им впервые удалось выявить рентгеновское излучение горячих барионов в галактических нитях. Команда использовала пространственную корреляцию между положением нитей и связанным с ними рентгеновским излучением, чтобы предоставить доказательства присутствия горячего газа в космической паутине и впервые измерить его температуру.
Космическая паутина – это гигантское скопление галактик, соединенное между собой пустотами.
Полученные результаты подтверждают более ранние выводы той же исследовательской группы, основанные на косвенном обнаружении горячего газа в космической паутине путем его влияния на космическое фоновое микроволновое излучение (реликтовое излучение). Это открытие может проложить путь к более детальным исследованиям, использующим более качественные данные, чтобы проверить эволюцию газа в нитевидной структуре космической паутины. В общем, работы у ученых еще очень и очень много.
Возможно, мы так и не сможем разгадать все тайны Вселенной.
Кстати, недавно с помощью рентгеновской обсерватории Европейского космического агенства (ESA) XMM-Newton, астрономы показали, что скопления галактик в далекой Вселенной не похожи на те, что мы видим сегодня. Похоже, они испускают больше рентгеновских лучей, чем предполагали ученые. Оказалось, что эти скопления галактик изменили свой внешний вид со временем, а согласно расчетам, в прошлом скоплений галактик во Вселенной было меньше. Но о чем это говорит?
Исследователи считают, что в таком случае Вселенная должна быть средой высокой плотности, что противоречит современным представлениям. Этот вывод весьма спорен, потому что для объяснения этих результатов во Вселенной должно быть много материи – а это, в результате, оставляет мало места для темной энергии. Однако результаты французских исследователей показали, что эти выводы не такие уж и противоречивые. В конце-концов, если мы не могли разглядеть барионную материю в галактических нитях на протяжении 20 лет, кто знает, сколько еще материи Вселенной мы пока не видим?
Источник
Из чего состоит Вселенная?
Вы все еще удивляетесь, когда слышите, что ученые обнаружили воду на экзопланете? В действительности, это обыденный факт, который имеет мало интереса для поиска жизни за пределами нашей планеты. В рамках вселенной есть масса других, более удивительных вещей, о которых мы постараемся Вам рассказать в нашем материале. А о распространенности воды Вы сможете узнать из следующей публикации.
Нормальная материя – 5%
Когда речь идет о составе Вселенной, в первую очередь нужно отметить более привычные для нас вещи. Их можно условно объединить в одну категорию «нормальной материи».
Нормальная материя включает: звезды и галактики, газы и нейтрино.
Согласно разным опросам, людям преимущественно кажется, что наша Вселенная в основном состоит из звезд и планет. Кто-то также добавляет газы и черные дыры. Визуально, если учитывать возможности человеческого глаза, телескопы и рядовое современное оборудование, это действительно так.
Вы можете удивиться, но, если мы обратимся глубже в науку, сможем узнать, что вся «нормальная материя» занимает лишь 5% от состава Вселенной. Рассмотрим все составляющие этой материи детальнее.
Тяжелые элементы – 0,03%
В течении первых 500 миллионов лет после рождения нашей Вселенной, единственными существующими элементами оставались водород и гелий . Для образования других, тяжелых элементов, потребовался период рождения и смерти звезд.
Формирование тяжелых элементов происходит, когда звезда сжигает водород или другие элементы в своем ядре . После своей смерти, звезда разбрасывает сформировавшиеся элементы в пространстве в результате образования туманности или взрыва сверхновой. Эти разбросанные элементы в дальнейшем служат для создания новых звезд, планет и других объектов.
Процесс является достаточно медленным, поэтому в нашей Вселенной находится всего 0,03% тяжелых элементов от общего состава.
Нейтрино – 0,3%
Нейтрино создаются во время ядерного синтеза, практически не имеют массы и двигаются со скоростью света. Они имеют крайне слабое взаимодействие с веществом. Изучение нейтрино позволило определить скорость ядерного синтеза Солнца и других звезд, а также подсчитать их количество во Вселенной. Согласно расчетам, эта цифра составляет около 0,3% от всего состава Вселенной.
Звезды – 0,4%
Когда Вы смотрите на ночное небо, то видите много ярких объектов. Практически все их них – звезды. В нашей системе присутствует только одна звезда – Солнце. Однако уже в рамках нашей галактики Млечный путь, их количество возрастает до 200-400 миллиардов . Сложно представить, сколько звезд существует во всей Вселенной. Тем не менее, несмотря на их внушительные размеры и невероятную распространенность, в общем составе они занимают всего 0,4%. Совсем мало.
Газы – 4%
Газы обычно занимают пространство между звездами и даже галактиками. Они более распространены, и преимущественно представлены только водородом и гелием. В основном, мы не видим этот газ через телескоп. Для его обнаружения помогает более сложное оборудование, базирующееся на обнаружении радиоволн, инфракрасных и рентгеновских волн. Но даже газу не удается занять какое-то существенное место в составе Вселенной.
Темная материя – 22%
При детальном анализе галактик, кластеров галактик и их взаимодействия ученые обнаружили, что весь объем газа и пыли не объясняет то, что мы наблюдаем. Согласно подсчетам, около 80% массы в галактиках невидимы на любой длине волны света, радиоволнах и гамма-лучах.
Происхождение этой таинственной массы неизвестно. На сегодняшний день лучшим предложением из существующих является холодная темная материя. Предполагается, что это частицы, схожие с нейтрино, но обладающие гораздо большей массой. Согласно некоторым предположениям, они могли появиться в результате теплового взаимодействия при ранней формации галактик. Пока ученым не удалось обнаружить или искусственно создать темную материю в лабораторных условиях.
Темная энергия – 73%
Понимание темной материи без детального изучения этого вопроса достаточно сложно. Понять темную энергию еще сложнее. Это вещество, которое должно составлять наибольший процент состава Вселенной. И, конечно же, эта составляющая наименее понятна для науки. Вполне вероятно, что темная энергия и вовсе не является очень массивной. Она может существовать в качестве странного и пока необъяснимого свойства пространства-времени. Также, она может быть некой необъяснимой формой энергетического поля, которое буквально пронизывает всю вселенную. Или чем-то совсем другим. Мы пока не знаем. Чтобы понять темную энергию, нам потребуется много времени и гораздо больше информации.
Очень часто можно увидеть, что процентное соотношение разных веществ изменяется. Не воспринимайте это как ошибку. Измерить состав Вселенной крайне точно, в частности, когда существует неизученная темная материя и темная энергия. Показатели в любых таблицах должны сходиться приблизительно к 70% темной энергии, 25% темной материи и 5% нормальной материи.
Мы благодарны Вам за чтение наших материалов!
Подписывайтесь на канал Achernar и получайте больше интересных публикаций в своей ленте. Вы можете найти нас и на других площадках:
Источник