Вселената: Голям взрив до сега в 10 лесни стъпки

Впечатлението на този художник показва галактики по -малко от милиард години след Големия взрив, когато Вселената все още е частично изпълнена с водородна мъгла, която абсорбира ултравиолетова светлина.

Впечатлението на този художник показва галактики по -малко от милиард години след Големия взрив, когато Вселената все още е частично изпълнена с водородна мъгла, която абсорбира ултравиолетова светлина. (Изображение: ESO / M. Kornmesser)

Въведение



Този изключително далечен протокластер представлява група галактики, образуващи се много рано във Вселената, само около един милиард години след Големия взрив.



Subaru/ P. Capak (SSC/ Caltech)

Широко приетата теория за произхода и еволюцията на нашата вселена е моделът на Големия взрив, който гласи, че Вселената е започнала като изключително гореща, плътна точка преди около 13,7 милиарда години. И така, как Вселената е преминала от части от инч (няколко милиметра) до това, което е днес?

Ето разбивка на Големия взрив досега в 10 лесни за разбиране стъпки.

Отне малко повече от седем дни, за да се създаде вселената, каквато я познаваме днес. demokratija.eu разглежда мистериите на небесата в нашата серия от осем части: Историята и бъдещето на Космоса. Това е част 3 от тази поредица.

Стъпка 1: Как започна всичко



НАСА/WMAP

НАСА/WMAP

Големият взрив не беше експлозия в космоса, както подсказва името на теорията. Вместо това, това беше появата на космоса навсякъде във Вселената, казват изследователите. Според теорията за Големия взрив Вселената е родена като много гореща, много плътна, единична точка в космоса.

Космолозите не са сигурни какво се е случило преди този момент, но със сложни космически мисии, наземни телескопи и сложни изчисления учените са работили, за да нарисуват по-ясна картина на ранната Вселена и нейното формиране. [Пълна история]

Ключова част от това идва от наблюденията на космическия микровълнов фон, който съдържа следи от светлина и радиация, останали от Големия взрив. Тази реликва от Големия взрив прониква във Вселената и е видима за микровълнови детектори, което позволява на учените да съберат улики от ранната Вселена.

През 2001 г. НАСА стартира мисията на Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) за изследване на условията, каквито са съществували в ранната Вселена, чрез измерване на радиацията от космическия микровълнов фон. Сред другите открития, WMAP успя да определи възрастта на Вселената - на около 13,7 милиарда години.

Стъпка 2: Първият растеж на Вселената



Хъбъл забелязва 500 галактики в ранната Вселена

НАСА, ЕКА и С. Бекуит (STScI) и екипът на HUDF

Когато Вселената беше много млада - нещо като стотна част от милиардната част от трилионната част от трилионната част на секундата (уау!) - тя претърпя невероятен скок на растеж. По време на този изблик на разширяване, известен като инфлация, Вселената нараства експоненциално и удвоява размера си поне 90 пъти.

'Вселената се разширяваше и с разширяването й ставаше все по -хладна и по -малко плътна', каза Дейвид Спергел, теоретичен астрофизик от Принстънския университет в Принстън, Ню Джърси, за demokratija.eu. [Пълна история]

След инфлацията Вселената продължи да расте, но с по -бавни темпове. С разширяването на пространството Вселената се охлажда и се образува материя.

Стъпка 3: Прекалено горещо, за да блести



Астрономите откриват първото разделяне-второ на Вселената

НАСА/WMAP

Леките химически елементи са създадени през първите три минути от формирането на Вселената. С разширяването на Вселената температурите се охлаждат и протоните и неутроните се сблъскват, за да се получи деутерий, който е изотоп на водород. Голяма част от този деутерий се комбинира за получаване на хелий.

През първите 380 000 години след Големия взрив обаче силната топлина от създаването на Вселената я направи по същество твърде гореща, за да светне светлината. Атомите се разбиха заедно с достатъчно сила, за да се разпаднат в плътна, непрозрачна плазма от протони, неутрони и електрони, които разпръскват светлина като мъгла.

Стъпка 4: Нека има светлина

Новата карта на небето може да помогне да се разкрие как се формира Вселената

Консорциуми ESA/ LFI & HFI

Около 380 000 години след Големия взрив, материята се охлажда достатъчно, за да могат електроните да се комбинират с ядра, за да образуват неутрални атоми. Тази фаза е известна като „рекомбинация“ и поглъщането на свободни електрони кара Вселената да стане прозрачна. Освободената по това време светлина се открива днес под формата на радиация от космическия микровълнов фон.

И все пак ерата на рекомбинация беше последвана от период на тъмнина преди да се образуват звезди и други ярки обекти. [Пълна история]

Стъпка 5: Излизане от космическите тъмни векове

Гигантски галактически клъстер, видян в ранната Вселена

ESA XMM-Newton/EPIC, LBT/LBC, AIP (J. Kohnert)

Приблизително 400 милиона години след Големия взрив Вселената започна да излиза от тъмните си векове. Този период в еволюцията на Вселената се нарича епоха на повторна йонизация.

Смята се, че тази динамична фаза е продължила повече от половин милиард години, но въз основа на нови наблюдения учените смятат, че повторната йонизация може да е настъпила по-бързо, отколкото се смяташе досега. [Пълна история]

През това време бучки газ се срутиха достатъчно, за да образуват първите звезди и галактики. Излъчваната ултравиолетова светлина от тези енергийни събития изчисти и унищожи по -голямата част от околния неутрален водороден газ. Процесът на повторна йонизация, плюс изчистването на мъглив водороден газ, кара Вселената да стане прозрачна за ултравиолетовата светлина за първи път.

Стъпка 6: Повече звезди и повече галактики

Това изображение на космическия телескоп Хъбъл на пространствата на глобуларния клъстер M15 за около 120 светлинни години. Над 100 000 звезди съставляват тази реликва от ранните години на нашата галактика, а топката от звезди продължава да обикаля около Млечния път

ESA, Хъбъл, НАСА

Астрономите разресват Вселената, търсейки най-далечните и най-стари галактики, за да им помогнат да разберат свойствата на ранната Вселена. По същия начин, като изучават космическия микровълнов фон, астрономите могат да работят назад, за да съберат събитията, които са били преди. [Пълна история]

Данните от по -стари мисии като WMAP и Cosmic Background Explorer (COBE), стартирали през 1989 г., и мисии, които все още работят, като космическия телескоп Хъбъл, който стартира през 1990 г., всички помагат на учените да се опитат да разрешат най -трайните мистерии и да отговорят на най -дискутираните въпроси в космологията.

Стъпка 7: Раждането на нашата Слънчева система

Планетите на Слънчевата система, както е изобразено от компютърна илюстрация на НАСА. Орбитите и размерите не са показани в мащаб.

НАСА

Смята се, че нашата Слънчева система е родена малко след 9 милиарда години след Големия взрив, което я прави на около 4,6 милиарда години. Според настоящите оценки Слънцето е една от повече от 100 милиарда звезди само в нашата галактика Млечен път и обикаля на около 25 000 светлинни години от ядрото на галактиката.

Много учени смятат, че слънцето и останалата част от нашата Слънчева система са се образували от гигантски, въртящ се облак от газ и прах, известен като слънчевата мъглявина. Тъй като гравитацията е причинила срутването на мъглявината, тя се завъртя по -бързо и се сплеска в диск. По време на тази фаза по -голямата част от материала беше изтеглена към центъра, за да образува слънцето. [Инфографика за слънчевата система: Отвътре навън]

Стъпка 8: Невидимите неща във Вселената

Колосален космически сблъсък разкрива мистериозна тъмна материя

Рентгеново изследване: NASA/CXC/CfA/M.Markevitch et al .; Оптичен: НАСА/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al .; Карта на обектива: НАСА/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.

През 60 -те и 70 -те години на миналия век астрономите започват да мислят, че във Вселената може да има повече маса от това, което се вижда. Вера Рубин, астроном от института Карнеги във Вашингтон, наблюдава скоростите на звездите на различни места в галактиките.

Основната нютоновска физика предполага, че звездите в покрайнините на галактиката ще обикалят по -бавно от звездите в центъра, но Рубин не открива разлика в скоростите на звездите по -далеч. Всъщност тя откри, че всички звезди в галактика изглежда кръжат около центъра с горе -долу еднаква скорост. [Пълна история]

Тази мистериозна и невидима маса стана известна като тъмна материя. Тъмната материя се извежда поради гравитационното привличане, което упражнява върху обикновената материя. Една хипотеза гласи, че мистериозните неща могат да бъдат образувани от екзотични частици, които не взаимодействат със светлината или обикновената материя, поради което е било толкова трудно да се открие.

Смята се, че тъмната материя съставлява 23 процента от Вселената. За сравнение, само 4 % от Вселената се състои от обикновена материя, която обхваща звезди, планети и хора.

Стъпка 9: Разширяващата се и ускоряваща се Вселена

Пълният галактически клъстер предполага, че тъмната енергия е била по -силна преди много време

НАСА, ЕКА, Д. Коу (Лаборатория за реактивни двигатели на НАСА/Калифорнийски технологичен институт и Научен институт за космически телескопи), Н. Бенитес (Институт по астрофизика на Андалусия, Испания), Т. Броудхърст (Университет на Страната на баските, Испания) и Х. Форд

През 20 -те години астрономът Едуин Хъбъл направи революционно откритие за Вселената. Използвайки новоизграден телескоп в обсерваторията Маунт Уилсън в Лос Анджелис, Хъбъл забеляза, че Вселената не е статична, а по -скоро се разширява.

Десетилетия по -късно, през 1998 г., плодовитият космически телескоп, кръстен на известния астроном, космическият телескоп Хъбъл, изследва много далечни свръхнови и установява, че отдавна Вселената се разширява по -бавно, отколкото днес. Това откритие беше изненадващо, защото дълго се смяташе, че гравитацията на материята във Вселената ще забави нейното разширяване или дори ще я накара да се свие. [Пълна история]

Смята се, че тъмната енергия е странната сила, която разкъсва Космоса с нарастваща скорост, но тя остава незабелязана и обвита в мистерия. Съществуването на тази неуловима енергия, за която се смята, че съставлява 73 процента от Вселената, е една от най -горещо обсъжданите теми в космологията.

Стъпка 10: Все още трябва да знаем повече

Ускоряването на Вселената и тъмната енергия може да са илюзии

НАСА

Въпреки че е открито много за създаването и еволюцията на Вселената, има трайни въпроси, които остават без отговор. Тъмната материя и тъмната енергия остават две от най -големите загадки, но космолозите продължават да изследват Вселената с надеждата да разберат по -добре как е започнало всичко.

Отне малко повече от седем дни, за да се създаде вселената, каквато я познаваме днес. demokratija.eu разглежда мистериите на небесата в нашата серия от осем части: Историята и бъдещето на Космоса. Това е част 3 от тази поредица.