Видимая материя во вселенной процент

Основные сведения о Вселенной: теория Большого взрыва, расширение, реликтовое излучение, методы исследования Вселенной. Видимая и невидимая материя во Вселенной.

Вселенная – это огромное пространство, которое заполнено звёздами, планетами, галактиками, чёрными дырами. Главными составляющими Вселенной являются звезды, скопления межзвездного газа и пустое пространство между скоплениями звезд и межзвездного газа.

Термин «Большой взрыв» (Георгий Антонович Гамов в 1948 г.) употребляется в двух взаимосвязанных значениях. С одной стороны, этим термином называют само событие, ознаменовавшее зарождение Вселенной около 15 млрд. лет назад, с другой – весь сценарий ее развития с последующим расширением и остыванием.

Расширение Вселенной — явление, состоящее в почти однородном и изотропном расширении космического пространства в масштабах всей Вселенной, выводимое через наблюдаемое с Земли космологическое красное смещение. Реликтовое излучение — космическое электромагнитное излучение с высокой степенью изотропности и со спектром, характерным для абсолютно чёрного тела с температурой 2,72548 ± 0,00057 К.

Важнейшими из современных методов изучения Вселенной являются:

1. Изучение метеоритов. Метеориты представляют собой осколки разрушившихся планет. Поэтому по составу метеоритов можно судить о веществе космических тел. В метеоритах химических элементов, которые отсутствуют на Земле, не обнаружено. Изучая метеориты, можно сделать некоторые выводы о составе и строении внутренних частей Земли, так как по происхождению Земля и планеты солнечной системы едины.

2. Изучение космического пространства при помощи телескопов.

Современные телескопы позволяют изучать пространство, удаленное от Земли на расстояние до полутора миллиардов световых лет. С помощью телескопов можно фотографировать космические тела и определенные участки неба. В комбинации с различными специальными приборами телескопами определяют яркость блеска, температуру, рельеф поверхности и другие особенности космических тел. При помощи телескопов можно изучать спектры светил, а по характеру спектра делать выводы о химическом составе вещества небесных тел и типах реакций, протекающих на них.

3. Изучение космического пространства при помощи ракет, искусственных спутников и космических кораблей. Начало этому методу изучения космического пространства было положено в нашей стране 4 октября 1957 г. в связи с запуском первого в мире искусственного спутника Земли. Последние достижения нашей науки и техники позволили снаряжать пилотируемые космические корабли, рассчитанные на несколько космонавтов. Искусственные спутники и космические ракеты оборудуются специальными приборами, фиксирующими и передающими научную информацию на Землю. Пилотируемые космические корабли, на борту которых находятся ученые различных специальностей, позволяют значительно расширить программу изучения космического пространства.

Из молекулярных облаков рождаются звезды. Механизмом запуска могут быть взрывы сверхновых, столкновение облаков между собой, давление со стороны окружающих галактик. Вся «видимая» материя в природе состоит из атомов и частично «разобранных» атомов, которые называются ионами. Ионы — это атомы, которые, потеряв (или приобретя) несколько электронов, стали заряженными частицами. Материя, состоящая почти из одних ионов, называется плазмой Невидимый мир. Во Вселенной имеется не только видимая материя (а также черные дыры и «темная материя», например, холодные планеты, которые станут видимыми, если их осветить). Существует и подлинно невидимая материя, пронизывающая всех нас и всю Вселенную ежесекундно. Она представляет собой быстро движущийся газ из частиц одного сорта — электронных нейтрино.

Гигантские скопления звезд – галактики: размеры, морфология. Млечный путь. Звезды: классификация их по светимости, связь светимости и массы звезды. Нейтронные звезды и черные дыры. Эволюция звезд во времени.

Галактика — гравитационно-связанная система из звёзд и звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, и тёмной материи. Спираль класса Sa имеет хорошо сформированные, плотно закрученные рукава, отходящие от четкого ядра; у спирали класса Sb, к которому относится наша Галактика, рукава более растянуты, а ядро менее плотное. Спирали класса Sc имеют выраженные ядра и далеко отстоящие друг от друга рукава. У спирально-линейных галактик рукава отходят от конусов «поперечины», проходящей через ядро. Они подразделяются на SBa, SBb, SBc. Эллиптические галактики не проявляют признаков спирального строения. Они варьируют от класса Е7 (сильно уплощенные) до ЕО (почти сферические и очень похожие па шаровые скопления). И, наконец, существуют асимметричные галактики, не имеющие определенной формы. Также существуют галактики с активными ядрами и значительным радиоизлучением – квазары. Звездная составляющая в них не обнаружена, по крайней мере она незаметна на фоне огромной светимости плотного ядра.

Млечный путь. Если взглянуть на нашу Галактику как бы сверху, то будет видна гигантская линза клочковатой структуры. В центре этой структуры плотность больше, поскольку там находится больше звезд. К краям плотность материи уменьшается, появляются разрывы, имеющие вид спиральных ветвей. Отсюда можно сделать вывод, что наша Галактика относится к классу спиральных. Размеры ее огромны: диаметр порядка 100 тыс. световых лет, а «толщина» — около 10 тыс. световых лет.

Классификация звезд по светимости:

Чем больше масса, тем выше светимость звезды. Эта зависимость нелинейна: например, с увеличением массы вдвое светимость возрастает более чем в 10 раз. Чем больше масса звезды, тем быстрее она заканчивает свою жизнь. Массивные звезды горят ярко и недолго. Время их жизни — миллионы лет, по сравнению с миллиардами лет для маленьких звезд. В зависимости от своей массы, звезды умирая превращаются в черные карлики, нейтронные звезды и черные дыры.

Нейтронная звезда – сверхплотная звезда, образующаяся в результате взрыва Сверхновой. Вещество нейтронной звезды состоит в основном из нейтронов. Нейтронные звезды образуются в результате гравитационного коллапса нормальных звезд с массами в несколько раз больше солнечной. Плотность нейтронной звезды близка к плотности атомного ядра, т.е. в 100 млн. раз выше плотности обычного вещества. Поэтому при своей огромной массе нейтронная звезда имеет радиус всего около 10 км.

Черная дыра – область пространства, в которой гравитационное притяжение настолько сильно, что ни вещество, ни излучение не могут эту область покинуть. Для находящихся там тел вторая космическая скорость (скорость убегания) должна была бы превышать скорость света, что невозможно, поскольку ни вещество, ни излучение не могут двигаться быстрее света. Поэтому из черной дыры ничто не может вылететь. Границу области, за которую не выходит свет, называют «горизонтом событий», или просто «горизонтом» черной дыры.

Звездная эволюция — изменение со временем физических характеристик и химического состава звезд. Основные этапы звездной эволюции:

1. образование протозвезды в результате гравитационной конденсации межзвездного газа и пыли;

2. возникновение в центре сжимающейся звезды источника термоядерных реакций;

3. превращение звезды в гиганта, а затем в белого карлика (для звезд с массами, близкими к массе Солнца);

4. гравитационный коллапс массивных звезд, приводящий к образованию нейтронной звезды или черной дыры.

Источник

Ученые подсчитали, сколько материи во Вселенной

29 сентября 2020

Ученые подсчитали общее количество материи во Вселенной, используя новый, более точный метод. Вычислив массу сотен скоплений галактик, команда обнаружила, что материя составляет менее трети содержимого Вселенной.

Содержимое Вселенной в процентах. Фото: news.ucr.edu

Все, что человек видит вокруг себя и с чем взаимодействуем в повседневной жизни, на самом деле составляет лишь малую часть того, что есть в космосе. Известно, что между массой материи и энергии существует неравное разделение. При этом большая часть материи является «темной». Обычная видимая материя составляет наименьшую часть Вселенной.

Новый расчет, проведенный группой ученых из Калифорнийского университета (США), предоставляет более точные данные. Согласно исследованию, материя составляет около 31,5% от общего содержимого Вселенной. Остальные 68,5% — это темная энергия, сила, которая, теоретически, движет ускорением расширения Вселенной.

«Чтобы представить это количество материи в контексте, если бы вся материя во Вселенной была равномерно распределена по пространству, это соответствовало бы средней плотности массы, равной примерно шести атомам водорода на кубический метр, — говорят авторы исследования. — Однако, поскольку известно, что большая часть материи на самом деле является темной материей, в общем объеме большая часть материи состоит не из атомов водорода, а из типа материи, который астрономы еще не открыли».

Чтобы прийти к такому выводу, исследователи разработали новый инструмент под названием GalWeight. Модель позволила исследователям вычислить массу скопления галактик, измеряя орбиты отдельных галактик. Модель соотнесли с данными о 756 скоплениях из проекта «Слоуновский цифровой небесный обзор». Затем команда сравнила результаты с моделированием формирования скоплений галактик.

Симуляции начинаются с разного количества вещества. Ученые фиксируют, какие смоделированные условия наиболее точно соответствуют современным наблюдениям. Так они могут определить наиболее вероятное количество вещества, содержащегося во Вселенной.

Моделирование того, как формируются скопления галактик. Фото: news.ucr.edu

«Нам удалось сделать одно из самых точных измерений, когда-либо сделанных с помощью метода скоплений галактик, — говорят авторы. — Более того, это первое использование орбиты галактики в расчетах».

Понимание эволюции Вселенной может в конечном итоге помочь астрономам раскрыть тайны темной материи и темной энергии.

Исследование было опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.

Источник

Видимая материя во вселенной процент

Принятая сегодня теория Вселенной предполагает наличие темной материи во всей нашей галактике. Но чилийские астрономы установили, что, по крайней мере, вблизи Солнца ее нет.

«Космология — учение об общих закономерностях строения Вселенной» — так значится в толковом словаре русского языка. То есть космология — это раздел астрономии, изучающий не отдельные космические объекты или их группы, будь то планеты, звезды или галактики, а более фундаментальные проблемы, касающиеся всей Вселенной в целом: как она возникла, из чего состоит, какой путь развития уже прошла, и какой путь ей еще предстоит пройти.

Долгое время астрономы, избравшие в качестве предмета своих научных интересов более конкретные объекты, нежели Вселенная в целом, пренебрежительно именовали космологию разделом философии или даже теологии, поскольку о прямых наблюдениях тех закономерностей и эффектов, о которых толковали специалисты-космологи, не могло быть и речи.

Переломный момент в истории космологии

Но полтора десятка лет назад ситуация стала меняться, причем столь стремительно, что сегодня космология относится уже к самым динамично развивающимся направлениям астрономии. Новые телескопы, размещенные как на Земле, так и в космосе, и работающие как в оптическом, так и в радиочастотном, микроволновом, инфракрасном, ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-диапазонах дают массу новой информации. Причем нередко такой, что приходится пересматривать старые, привычные теории и представления.

Переломным моментом в истории космологии можно считать открытие, сделанное в 1998 году: наблюдая за дальними сверхновыми, две независимые группы исследователей обнаружили ускоренное расширение Вселенной. То, что она расширяется, выяснил еще в 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл (Edwin Hubble), но то, что она расширяется все быстрее и быстрее, повергло специалистов в полное смятение, поскольку противоречило тогдашним представлениям об устройстве Вселенной.

Представления о Вселенной кардинально изменились

Впрочем, с тех пор авторы открытия уже удостоились ряда престижных наград, включая и Нобелевскую премию, а современная — так называемая стандартная — модель Вселенной кардинально отличается от воззрений, считавшихся вполне устоявшимися еще совсем недавно.

Видный немецкий астроном, профессор Густав Андреас Тамман (Gustav Andreas Tammann), более четверти века руководивший Астрономическим институтом Базельского университета, поясняет: «Материю во Вселенной можно обнаружить по-разному. Прежде всего, это те светящиеся объекты, которые видны на небе. Но ведь можно задаться вопросом: сколько материи требуется для того, чтобы вызвать определенные процессы, реально имеющие место во Вселенной. Звезды обращаются вокруг центров своих галактик, галактики сами тоже перемещаются и взаимодействуют с другими галактиками. Это позволяет вычислить массу материи, которая определяет все эти процессы. Так вот, существует разительное несоответствие между тем, что мы непосредственно наблюдаем на небе, и тем, что мы косвенно выводим из закона всемирного тяготения».

Обычной материи во Вселенной не более 5 процентов

Сегодня астрофизики (по крайней мере, большинство из них) исходят из наличия во Вселенной так называемой скрытой массы, недоступной прямому наблюдению и проявляющей себя лишь гравитационными эффектами. Причем доля обычной материи, из которой состоят все наблюдаемые космические объекты, а также Земля и окружающие нас предметы, включая нас самих, составляет лишь 4-5 процентов общей массы Вселенной.

Еще примерно 25-26 процентов приходится на так называемую темную материю непонятной нам природы. Видимо, она состоит из неизвестных пока науке частиц, но, по крайней мере, обладает гравитацией. А вот остальные 70 процентов массы Вселенной — это и вовсе загадочная темная энергия, которой приписывается свойство своего рода антигравитации, что позволяет объяснить эффект ускоренного расширения Вселенной.

Удивительно, но факт: никаких следов темного вещества

Значительный интерес представляет вопрос о распределении темной материи, она же — темное вещество, в пространстве. Ученые исходили из того, что она присутствует в нашей Галактике повсеместно, но теперь это предположение опровергнуто. Чилийский астроном Кристиан Мони-Бидин (Christian Moni-Bidin) и его коллеги из университета в Консепсьоне взялись за поиски темной материи в галактических окрестностях Солнца. Для этого они изучили траектории движения 400 звезд типа «красный гигант» на удалении до 12 тысяч световых лет от нашего светила и произвели соответствующие расчеты. «Мы получили количество материи, в точности соответствующее количеству видимой материи, то есть суммарной массе звезд, газа и пыли, — говорит ученый. — Сколько-нибудь значительному количеству темной материи здесь места нет».

Результаты так удивили авторов исследования, что они очень долго, хотя и безуспешно, искали ошибку в своих расчетах, прежде чем представить статью для публикации в Astrophysical Journal. Редакционный эксперт тоже не скрывал своего скепсиса, рассказывает Мони-Бидин: «Ответственный за публикацию сразу сказал, что он нам не верит, и потратил немало времени и сил, чтобы нас опровергнуть: он перепроверил всю методику, все данные, все расчеты. Мы ему за это очень благодарны. В конце концов, он согласился с нашими выводами».

Теперь вся надежда — на космический телескоп Gaia

Впрочем, эта работа не ставит под сомнение само по себе существование темной материи, говорит ученый: «Мы пока не очень понимаем, как следует толковать полученные нами результаты. Возможно, темное вещество распределено во Вселенной не так, как мы до сих пор предполагали. А может быть, тут дело в природе самого этого вещества. В общем, пока еще рано говорить даже о том, насколько значительные изменения придется вносить в наши теории Вселенной».

Возможно, некоторую ясность в этот вопрос внесет космический телескоп Gaia. Эта миссия Европейского космического агентства должна стартовать в 2013 году. Цель проекта Gaia — с высокой точностью измерить величину, массу, светимость, координаты и параметры движения около миллиарда звезд нашей галактики. За время миссии, рассчитанной на пять лет, каждая из этих звезд будет измерена около ста раз.

При комментировании материалов сайта соблюдайте правила общечеловеческой этики Понравился материал? Поделитесь с друзьями

Источник