Главная / Вокруг нас / интересный космос

интересный космос

1. Что общего у начала и конца нашей Вселенной

Есть что-то общее у начала нашей Вселенной, периода космической инфляции, и виновника ее конечной судьбы: ускоряющей расширение темной энергии, что не может не приводить к мысли о том, что они связаны. И вот вам вопрос: если гипотеза вечной инфляции верна, может ли темная энергия предшествовать возвращению в это изначальное состояние

Мало того, что это возможно, она может даже не потребовать вечной инфляции. Давайте начнем с разговора о сцене, которая предшествовала рождению известной и любимой Вселенной: космическая инфляция.

Когда появилась Вселенная — полная материи и излучения — она появилась с несколькими странными свойствами: она была пространственно плоской, имела одну температуру повсюду, не имела реликтов чрезвычайно высокой энергии и обладала весьма выраженным набором регионов с повышенной и пониженной плотностью. Возможно, Вселенная уже началась при таком наборе условий, но идея космической инфляции заключается в том, что Вселенная началась с периода экспоненциального расширения, в котором огромное количество энергии было присуще самому пространству, а потом этот период закончился и породил Большой Взрыв со всеми этими условиями. Потребовалось несколько лет, чтобы точно выработать все последовательности, и еще больше времени, чтобы найти флуктуации космического микроволнового фона, которые ее подтвердили, но космическая инфляция теперь железная теория, с которой мы начинаем историю Вселенной.

Вечная инфляция — это такое ответвление инфляции, основанное на свойстве, о котором мы задумываемся нечасто. Обычно, когда вы встречаете природный переход — вроде кастрюли с горячей водой, которая переходит из жидкого в газообразное состояние — он начинается в разных местах, постепенно расширяясь и сливаясь в одно. В случае с кипящей водой, мы называем это перколяцией, просачиванием, когда небольшие пузырьки появляются и сливаются, создавая крупные пузыри уже на поверхности. Но в инфляции есть проблема: в некоторых регионах инфляция не остановилась в определенный момент и продолжается, что препятствует перколяции в регионах, где инфляция остановилась. Отсюда следует, что наша наблюдаемая Вселенная должна находиться в одном пузыре, в котором инфляция завершилась, а не состоять из множества пузырьков, которые просачиваются вместе.

На другом конце спектра у нас есть тот факт, что расширение Вселенной ускоряется. Лучшим объяснением этого, со всей доступной нам точностью, будет то, что самому пространству присущ небольшой энергетический компонент: мы называем его темной энергией. Этот компонент энергии присутствует всюду — во всех точках пространства — и очень мал: если превратить его в массу по формуле Эйнштейна E = mc2, он будет эквивалентен одному протону на кубический метр Вселенной. Но пространство в космосе не просто огромно, оно еще и расширяется. Так что по мере течения времени эта темная энергия становится все более важной. Через 8 миллиардов лет от начала Вселенной она привела к тому, что расширение стало ускоряться, а позже — стало доминирующим компонентом энергии Вселенной.

Два этих периода могут показаться очень разными: инфляция и ускоренное расширение, которое пришло со временем. В действительности, величина этих энергетических масштабов различается в 10120 раз, а это много. Но они оба представляют энергию, присущую самому пространству, оба заставляют ткань пространства экспоненциально расширяться и при условии достаточного времени — долей секунды для инфляции и триллионов лет для темной энергии — возьмет все, что не связано во Вселенной в единую структуру, и разорвут на части. Существует целый класс моделей, известный в общем как квинтэссенция, которые пытаются объединить инфляцию и темную энергию.

Какова вероятность того, что наша Вселенная «переработает» себя, замкнет цикл Вот два неплохих варианта.

1.Если темная энергия действительно является космологической константой, она может быть остаточной, реликтовой энергией инфляционного периода, с которого все началось. И если это так, то нет никаких причин, почему бы при прошествии достаточного времени ей не перейти в гораздо более низкое энергетическое состояние. Возможно, этот переход приведет к тому, что множество маломассивых частиц — нейтрино, аксионов или еще более экзотических частиц — будут сливаться в собственные аналоги звезд, планет или даже людей. Если нам это недоступно, это не значит, что невозможно, и это одна из возможных судеб нашей Вселенной в далеком будущем, даже если пройдут гуголы лет.

2.Темная энергия может не быть космологической постоянной, а может увеличиваться в силе с течением времени. Если это так, она будет расти и расти, пока не приведет к сценарию «большого разрыва», когда каждая связанная структура во Вселенной в итоге разорвется на части. Но по сценарию, разработанному Эриком Гавизером, возможно, что в конечный момент — перед тем, как само пространство треснет к чертям — эта энергия, присущая пространству, неотличимая уже в инфляционных сценариях, перейдет… в горячий Большой Взрыв. Такой сценарий «омоложения Вселенной» может не только быть возможным в далеком будущем, но и существенно состаривает нашу Вселенной — возможно, она бесконечно старая.

Пока что наши лучшие доказательства указывают на то, что темная энергия все же является космологической константой, тем самым исключая второй сценарий. Если не существует никакого низкоэнергетического состояния для ее перехода, первый сценарий тоже можно исключить, но мы знаем недостаточно, чтобы исключить оба.

Ответы на эти вопросы нам должны помочь найти миссии EUCLID, NASA WFIRST и LSST (большой обзорный телескоп).

2. Свет первых звезд может изменить наше представление о темной материи

Большой Взрыв, возможно, был ярким и драматичным, но сразу же после этого Вселенная померкла, и очень надолго. Ученые считают, что первые звезды появились в мутном бульоне материи спустя 200 миллионов лет после жаркого начала. Поскольку современные телескопы недостаточно чувствительны, чтобы наблюдать свет этих звезд напрямую, астрономы ищут косвенные доказательства их существования.

И вот группе ученых удалось уловить слабый сигнал этих звезд с помощью радиоантенны размером с крышку стола под названием EDGES. Впечатляющие измерения, которые открывают новое окно в раннюю вселенную, показывают, что эти звезды появились через 180 миллионов лет после Большого Взрыва. Опубликованная в Nature работа также предполагает, что ученые могут переосмыслить, из чего состоит «темная материя» — загадочный тип невидимого вещества.

Модели показали, что первые звезды, которые подсветили вселенную, были синими и недолговечными. Они погрузили вселенную в ванну ультрафиолетового света. Самый первый наблюдаемый сигнал этого космического рассвета долгое время считался «сигналом поглощения» — падением яркости на определенной длине волны — вызванным прохождением света и влияющим на физические свойства облаков газообразного водорода, самого распространенного элемента во вселенной.

Мы знаем, что это падение должно быть обнаружено в радиоволновой части электромагнитного спектра на длине волны 21 см.

Сложное измерение

В начале была теория, которая все это предсказала. Но на практике найти такой сигнал оказывается чрезвычайно сложно. Все потому, что он переплетается со множеством других сигналов в этой области спектра, которые намного сильнее — например, распространенные частоты радиовещания и радиоволн от других событий в нашей галактике. Причина, по которой ученые преуспели, состояла отчасти в том, что эксперимент был оснащен чувствительным приемником и небольшой антенной, что позволяет покрывать большую площадь неба относительно легко.

Чтобы быть уверенными, что любое падение яркости, которое они обнаружили, обусловлено звездным светом ранней вселенной, ученые смотрели на смещение Доплера. Вам этот эффект знаком по понижению высоты тона, когда мимо вас проезжает машина с мигалкой и сиреной. Аналогичным образом, поскольку галактики удаляются от нас из-за расширения вселенной, свет смещается в сторону красных длин волн. Астрономы называют этот эффект «красным смещением».

Красное смещение рассказывает ученым, как далеко облако газа находится от Земли и как давно по космическим меркам был испущен свет из него. В этом случае любое смещение в яркости, ожидаемое на 21-сантиметровой длине волны, укажет на движение газа и удаленность его местонахождения. Ученые измерили падение яркости, которое происходило в разные космические периоды времени, до момента, когда вселенной было всего 180 миллионов лет, и сравнили с ее нынешним состоянием. Это был свет самых первых звезд.

Здравствуй, темная материя

На этом история не заканчивается. Ученые удивились, обнаружив, что амплитуда сигнала была в два раза больше, чем прогнозировалось. Это говорит о том, что газообразный водород был намного холоднее, чем ожидалось от микроволнового фона.

Эти результаты были опубликованы в другой статье в Nature и забросили крючок с блесной для физиков-теоретиков. Все потому, что из физики становится ясно, что в это время существования вселенной газ было легко нагреть, но сложно остудить. Чтобы объяснить дополнительное остывание, связанное с сигналом, газ должен был взаимодействовать с чем-то еще более холодным. И единственное, что было холоднее космического газа в ранней вселенной, это темная материя. Теоретики должны теперь решить, смогут ли они расширить стандартную модель космологии и физики частиц, чтобы объяснить это явление.

Нам известно, что темной материи в пять раз больше, чем обычной, но мы не знаем, из чего она состоит. Было предложено несколько вариантов частиц, которые могли бы составить темную материю, и фаворитом среди них является слабо взаимодействующая массивная частица (WIMP).

Новое исследование, однако, предполагает, что частица темной материи не должна быть намного тяжелее протона (который входит в атомное ядро вместе с нейтроном). Это значительно ниже масс, предсказанных для WIMP. Анализ также предполагает, что темная материя холоднее, чем ожидалось, и открывает увлекательную возможность использовать «21-сантиметровую космологию» в качестве зонда темной материи во вселенной. Дальнейшие открытия с более чувствительными приемниками и меньшими помехами от земного радио могут раскрыть больше деталей о природе темной материи и, возможно, даже обозначить скорость, с которой она движется.

3. Ядерную зиму может вызвать взрыв в центре галактики

В центрах некоторых галактик происходят процессы, которые могут привести к серьезному взрыву и возникновению ядерной зимы. Такое мнение высказали ученые после проведения исследований.

Астрофизики провели ряд исследований, которые показали, что в центре некоторых галактик проходят процессы, в результате которых происходит выделение большого количества энергии. Если данная энергия взорвется, то такой взрыв может спровоцировать возникновение на нашей планете ядерной зимы.

Переизбыток энергии пока трансформируется в звездообразование, но ученые не берутся прогнозировать, куда данная энергия сможет направиться в дальнейшем. Наиболее сильные взрывные процессы исследователи наблюдают в галактике Млечный путь. Установлено, что именно в ней несколько миллионов лет назад вырвалась взрывная волна, которая докатилась до Земли и повлияла на развитие жизни на ней. Теперь ученые хотят выяснить, к чему может привести подобный взрыв сейчас.

Прогнозируется, что в первую очередь такой взрыв повлияет на кардинальное изменение климата на нашей планете. Есть и более пессимистически настроенные ученые, которые уверенны, что такой взрыв полностью уничтожит жизнь на Земле. По предварительным подсчетам, взрыв в галактике Млечный путь может произойти уже через 30 тысяч лет. Исследования по изучению данной проблематики продолжаются.

Читать еще:

Одажды писатель Бунин привел в дом при живой жене молодую девушку. И сказал,—

— Она будет с нами жить. Я устал сам писать, это моя секретарша. И жене …

Добавить комментарий