Эксперты определили, когда наша Вселенная остынет окончательно
Как известно, Вселенная, в которой мы живем, зародилась в результате Большого взрыва. Сразу же после ее рождения температура внутри нее достигла космической цифры в сто нониллионов Кельвинов. С тех пор Вселенная значительно остыла, и при этом она пребывает в состоянии постоянного расширения.
Как известно, Вселенная, в которой мы живем, зародилась в результате Большого взрыва. Сразу же после ее рождения температура внутри нее достигла космической цифры в сто нониллионов Кельвинов. С тех пор Вселенная значительно остыла, и при этом она пребывает в состоянии постоянного расширения. За этот процесс отвечает темная материя.
В данный момент самые раскаленные звезды остыли до 42 тысяч градусов Кельвина – для этого им понадобилось 14 миллиардов лет. Что касается температуры реликтового излучения, то она упала до 2,7 тысяч градусов по шкале Кельвина, а в созвездии Центавра присутствует туманность Бумеранг, которая является еще более холодной – ее температура застыла на отметке в 1 тысячу Кельвинов. По мнению большинства астрономов, Вселенная продолжит остывать, и когда-нибудь даже самые яркие звезды исчерпают свою энергию и потухнут.
Предполагается, что это случится совсем нескоро – как минимум через сотню миллиардов лет. Что касается галактик, то они распадутся на части и прекратят свое существование, да и в принципе весь наш мир потеряет свой привычный облик. Правда, существуют и альтернативные теории. Например, такая: как считают астрофизики, у Вселенной есть границы. Когда вещество заполнит ее до краев, оно начнет нагреваться, но это произойдет совсем нескоро. А до тех пор космическое пространство будет медленно, но уверенно остывать.
Источник
Наша Вселенная становится горячее, выяснили ученые
Согласно космологической теории, преобладающей сегодня в научном сообществе, Вселенная родилась около 13,7 миллиардов лет назад в ходе процесса, известного как Большой Взрыв. С тех пор пространство расширяется и охлаждается. Однако недавнее исследование Университета штата Огайо совместно с Университетом Джона Хопкинса и Институтом астрофизики имени Макса Планка углубилось в историю Вселенной и оказалось, что это не совсем так. Фактически, исследователи утверждают, что средняя температура газовых облаков, из которых образуются звезды и галактики, увеличилась в десять раз за последние 10 000 миллионов лет, достигнув к сегодняшнему дню почти двух миллионов градусов. Таким образом, астрономы подтвердили, что галактики нагреваются со временем из-за гравитационного коллапса космической структуры и именно по этой причине потепление Вселенной продолжится и в будущем.
Оказалось, Вселенная становится все горячее и расширяется с ускорением
Как возникла Вселенная?
Теория Большого взрыва – это космологическая модель, теория, используемая для описания начала и эволюции нашей вселенной. Согласно этой теории, Вселенная была в очень горячем и плотном состоянии, прежде чем начала расширяться 13,7 миллиардов лет назад. Важно понимать, что Теория большого взрыва основана на фундаментальных наблюдениях, включая наблюдения космического микроволнового фонового излучения (реликитового излучения), которое представляет собой подобие ископаемого излучения, испускаемого в ранней Вселенной, когда она была горячей и плотной.
В 1920 году выдающийся астроном Эдвин Хаббл заметил, что расстояние между галактиками увеличивается повсюду во Вселенной. Это означает, что галактики должны были быть ближе друг к другу в прошлом. Реликтовое излучение, которое можно наблюдать повсюду во Вселенной, было открыто в 1964 году.
Карта флуктуаций реликтового излучения в галактических координатах по данным космической обсерватории «Планк».
Примечательно и то, что состав Вселенной – то есть количество атомов различных элементов – согласуется с Теорией большого взрыва. На сегодняшний день Теория большого взрыва является единственной теорией, способной объяснить, почему мы наблюдаем изобилие первичных элементов во Вселенной.
Крупномасштабная структура Вселенной
Согласно результатом исследования, опубликованного в журнале The Astrophysical Journal, наша Вселенная нагревается. Новая работа, как отмечают ее авторы, подтверждает выводы Нобелевского лауреата по физике 2019 года Джума Пибельса, который изложил теорию о том, как формируется крупномасштабная структура Вселенной.
Под крупномасштабной структурой понимается то, как скопления галактик распределяются во всеобщем масштабе Вселенной, создавая ту самую космическую паутину. Такая структура создается из гравитационного коллапса темной материи и газа.
Так выглядит таинственная космическая паутина
В ходе работы исследователи зафиксировали более чем 10-кратное увеличение средней температуры накопленного газа во Вселенной за последние 10 000 миллионов лет, включая газ в галактиках. Эти выводы подтверждают теорию, объясняющую появление крупномасштабных структур.
Еще больше увлекательных статей о последних научных открытиях в области астрономии и космологии, читайте на нашем канале в Google News.
Как менялась температура во Вселенной?
Свет, который мы видим от объектов, наиболее удаленных от Земли, старше, чем свет, исходящий от ближайших объектов. Свет от более отдаленных объектов, по сути, должен был совершить более длительное путешествие, чтобы добраться до наших телескопов. Этот факт, наряду с методом, способным оценивать температуру по свету, позволил международной команде ученых измерить среднюю температуру газов в ранней Вселенной (тех, которые окружают самые отдаленные объекты), а затем сравнить ее со средней температурой газов, наиболее близких к Земле.
Чтобы понять, как менялась температура во Вселенной на протяжении всей ее истории, исследователи использовали данные двух миссий – Planck и Sloan Digital Sky Survey. Первая миссия – это совместная работа Европейского космического агенства и NASA, основная цель которой заключается в обнаружении анизотропии (небольшие перепады температур) во Вселенной практически сразу после Большого Взрыва. Цель второй миссии – крупнейший в истории сбор подробных изображений и световых спектров Вселенной.
По мере развития Вселенной такие объекты, как галактики и скопления галактик, привлекают все больше и больше газа, который постепенно нагревается
Исследователи использовали новый метод, который позволил им оценить температуру газа, образовавшегося в ранней Вселенной очень далеко от Земли и сравнить ее с температурой газовых облаков, расположенных ближе к нам и, следовательно, образовавшихся позднее.
Авторы работы объединили данные двух миссий и оценили расстояния ближних и дальних горячих газов, измерив их красное смещение – систему, которая позволяет оценить, как быстро удаляются удаленные объекты от нас и на каких расстояниях они находятся. Чем дальше находится звезда или галактика, тем больше длина волны ее света, которая смещается в красный цвет спектра.
Таким образом было обнаружено, что в современной Вселенной температура газов достигает около двух миллионов градусов Кельвина (около четырых миллионов градусов по Фаренгейту) вокруг ближайших к Земле объектов. Что примерно в 10 раз превышает температуру газов вокруг более отдаленных объектов. Получается, исследователи смогли подтвердить, что Вселенная нагревается со временем из-за гравитационного коллапса космической структуры, и более чем вероятно, что это потепление продолжится в будущем.
«Вселенная нагревается из-за естественного процесса образования галактик и других структур. Этот процесс, однако, не имеет ничего общего с изменением климата на нашей планете», – пишут авторы исследования.
При этом в целом средняя температура Вселенной в целом все еще довольно холодная, около -454,76 градусов по Фаренгейту (- -270,42 градусов по Цельсию). Для сравнения – температура нашего Солнца может достигать до 15 миллионов градусов Цельсия.
Источник
Вселенную лихорадит: температура космоса выросла в несколько раз и чем это может грозить
Температура вещества в космосе растет. За последние восемь миллиардов лет она увеличилась втрое, и этот рост продолжается. Такой вывод сделали ученые из США, Японии и Германии, опубликовавшие научную работу в журнале Astrophysical Journal. Что происходит с нашей единственной Вселенной?
Этапы творения
В общем-то, космосу не привыкать быть горячим: в момент Большого взрыва (около 13,8 млрд лет назад) во Вселенной было жарко как никогда. Температура была такой, что было немыслимым существование даже атомных ядер, не то что звезд и планет. Но пространство расширялось, и тепловая энергия распределялась по все большему объему. Уже через несколько секунд мир остыл настолько, чтобы образовались первые атомные ядра. Чтобы они объединились с электронами в атомы, понадобилось еще триста тысячелетий. Вселенная продолжала расширяться и остывать. До появления первых звезд оставались еще сотни миллионов лет. Ничто не разгоняло космическую тьму, и в ней становилось все холоднее.
Но мир уже нес в себе зародыши будущего великолепия. Это были крошечные случайные неоднородности в распределении материи. Туда, где плотность была чуть-чуть выше, гравитация притягивала все новое вещество, чтобы в конце концов вылепить из него галактики. Сегодня большинство теоретиков признает, что ведущую роль в этом сыграла темная материя. Этой невидимой ни в какие телескопы неощутимой субстанции, которую упорно и пока безуспешно ищут земные детекторы, во Вселенной в несколько раз больше, чем обычного вещества. И она стала материалом и архитектором великой космической паутины.
Дело в том, что темная материя обладает тяготением, как и обычное вещество. Но есть у нее и принципиальное отличие. Когда гравитация сжимает облако обычного газа, его атомы все чаще сталкиваются друг с другом. Из-за этих столкновений возникает давление, и оно противодействует сжатию. А вот частицы темной материи, согласно современным теориям, никогда не встречаются друг с другом. Поэтому у темного вещества нет давления, и его сгусток беспрепятственно сжимается гравитацией. Так и вышло, что первыми отдельными объектами во Вселенной и зародышами будущих галактик стали сгустившиеся облака темной материи. Там, где росла плотность темной материи, увеличивалась и сила ее тяготения. А уж она притягивала в образующиеся сгустки и обычное вещество. Эти комки притягивались друг к другу, сталкивались и слипались. В череде бесчисленных «слияний и поглощений» возникли карликовые галактики. Они объединялись в крупные звездные системы.
К слову, этот процесс не завершен и по сей день. Галактики давным-давно сформировались, но гравитация — не подрядчик, который сдает объект и снимает леса. Темная материя продолжает собираться во все более крупные облака, а галактики под действием ее тяготения группируются во все более тесные скопления. И вот оказалось, что у этого процесса есть интересный побочный эффект.
Горячие деньки
Четыре пятых обычной (не темной) материи находится вне галактик. Это межгалактический газ. Правда, он настолько разрежен, что с точки зрения любого здравомыслящего инженера это никакой не газ, а самый настоящий вакуум. Но у астрономов свои мерки. Они не только знают о существовании межгалактического газа, но и умеют наблюдать его излучение и даже измерять его температуру. Межгалактического газа гораздо больше, чем вещества в галактиках вместе со всеми их звездами и планетами. Поэтому его температуру с некоторой натяжкой можно назвать температурой Вселенной. И сейчас она очень, очень высока (миллионы градусов).
Теоретики находят этому простое объяснение. Когда зародыши галактик сталкивались и сливались друг с другом, это вызывало в межгалактической среде ударные волны. Отчасти они были похожи на волны, которые оставляет за собой катер на поверхности моря. Эти волны интенсивно нагревали межгалактическую среду. Если так, то в прошлом ее температура должна была быть ниже. Но как это проверить?
Градусник для прошлого Вселенной
К счастью, астрономы-наблюдатели умеют путешествовать во времени. Дело в том, что свет от самых далеких космических объектов добирается к нам миллиарды лет. Значит, мы видим их такими, какими они были миллиарды лет назад, в момент испускания света. Правда, на сей раз ученые наблюдали не само излучение межгалактического газа (хотя он испускает рентгеновские лучи). Они выбрали более сложный, но обеспечивающий более точные измерения путь. Этот подход основан на наблюдении реликтового излучения. Реликтовое излучение отделилось от вещества через 300 000 лет после Большого Взрыва, когда появились первые атомы. Благодаря ему можно многое узнать о ранних стадиях эволюции Вселенной. В данном случае реликтовые радиоволны сыграли роль зонда, проходящего через межгалактический газ и собирающего о нем информацию.
Электроны межгалактического газа оказывают влияние на реликтовое излучение — это называется эффектом Сюняева — Зельдовича. Он назван в честь теоретически предсказавших его наших соотечественников: Рашида Алиевича Сюняева и Якова Борисовича Зельдовича. Этот эффект давно и продуктивно используется астрономами. В данном случае он позволил определить температуру межгалактического газа.
Авторы использовали данные миссии Planck. Этот космический радиотелескоп специально предназначен для наблюдений реликтового излучения. Он был запущен Европейским космическим агентством в 2009 году и обошелся в €700 млн (солидная сумма даже по меркам орбитальных обсерваторий). Но карты реликтового излучения, которые этот инструмент составил за 4,5 года работы, стали бесценным вкладом в наши знания о космосе. Полученную информацию авторы сопоставили с данными Слоановского цифрового обзора неба (SDSS). Этот проект стартовал в 2000 году и продолжается по сей день. С помощью 2,5-метрового оптического телескопа астрономы наносят на карту далекие галактики. В числе прочего ученые определяют красное смещение этих галактик, которое однозначно пересчитывается в расстояние.
Карты SDSS показали авторам нового исследования, где и на каком удалении находятся галактики. Данные «Планка», в свою очередь, указали на то, какой след оставил в реликтовом излучении окружающий их межгалактический газ. Взятые вместе, эти сведения помогли определить температуру газа на разных расстояниях от Земли и, следовательно, в разные эпохи. Полученные цифры впечатляют. За последние 7,7 млрд лет температура газа вокруг галактик увеличилась в три раза: с 700 000 до 2 млн градусов. И это притом, что 7,7 млрд лет назад большинство галактик, включая наш Млечный Путь, уже давно сформировалось, и эпоха самого бурного разогрева осталась далеко позади. Впрочем, эти результаты не стали неожиданностью для ученых.
«Наши новые измерения являются прямым подтверждением основополагающей работы Джима Пиблза, лауреата Нобелевской премии по физике 2019 года, который сформулировал теорию формирования крупномасштабной структуры Вселенной», — отмечает первый автор статьи И-Куань Цзян (Yi-Kuan Chiang) из Университета штата Огайо, США.
Хотя эпоха самого быстрого нагрева межгалактического вещества миновала, этот процесс продолжается и сейчас. Галактики по-прежнему сталкиваются, порождая волны в окружающем газе. К счастью, это явление ничем не угрожает нашей Галактике и нам, ее обитателям. Во-первых, межгалактический газ находится за пределами Млечного Пути. Во-вторых, он невероятно разрежен: с практической точки зрения это даже не газ, а пустота. От него не нагрелся бы даже космический корабль, если бы кто-то был в силах запустить его за пределы Галактики. В-третьих, нам вряд ли стоит беспокоиться о каких бы то ни было процессах, занимающих миллиарды лет. Нашему виду не исполнилось и миллиона лет, и за это время мы вышли в космос, расщепили атом и научились редактировать ДНК. Знание о далеком прошлом и далеком будущем Вселенной нужно нам не из соображений общественной безопасности, а для лучшего понимания устройства Вселенной и физических законов, которые ею управляют.
Мнение автора может не совпадать с точкой зрения редакции
Источник