Как выглядит вселенная: 26 картинок, которые раскроют факты о космосе и Вселенной

Где кончается Вселенная? Или как выглядит край Вселенной? II. Как выглядит край Вселенной? Как выглядит вся вселенная

> Структура Вселенной

Изучите схему структуры Вселенной
: масштабы пространства, карта Вселенной, сверхскопления, скопления, группы галактик, галактики, звезды, Великая Стена Слоуна.

Мы живем в бесконечном пространстве, поэтому всегда интересно узнать, как выглядят структура и масштабы Вселенной. Глобальная вселенская структура представляет собою пустоты и волокна, которые можно разбить на , скопления, галактические группы, а уже в конце и сами . Если снова уменьшать масштабы, то рассмотрим и (Солнце – одна из них).

Если вы осознаете, как выглядит эта иерархия, то можете лучше понять, какую роль играет каждый названый элемент в структуре Вселенной. К примеру, если мы проникнем еще дальше, то заметим, что молекулы делятся на атомы, а те на электроны, протоны и нейтроны. Последние два также трансформируются в кварки.

Но это маленькие элементы. А что делать с гигантскими? Что собою представляют сверхскопления, пустоты и волокна? Будем двигаться от маленького к большому. Внизу можете посмотреть, как выглядит карта Вселенной в масштабе (здесь хорошо просматриваются нити, волокна и пустоты пространства).

Существуют одиночные галактики, но большинство предпочитают располагаться группами. Обычно это 50 галактик, занимающих в диаметре 6 миллионов световых лет. Группа Млечного Пути насчитывает более 40 галактик.

Скопления – это области с 50-1000 галактиками, достигающих размеров в 2-10 мегапарсек (диаметр). Интересно отметить, что их скорости невероятно велики, а значит, должны преодолевать гравитацию. Но они все же держатся вместе.

Обсуждения темной материи появляется на этапе рассмотрения именно галактических скоплений. Полагают, что она создает ту силу, которая не позволяет галактикам разойтись в разные стороны.

Иногда группы также объединяются, чтобы сформировать сверхскопление. Это одни из крупнейших структур Вселенной. Наибольший представитель – Великая Стена Слоуна, растянувшаяся на 500 миллионов световых лет в длину, 200 миллионов световых лет в ширину и 15 миллионов световых лет в толщину.

Современные приборы все еще недостаточно мощные, чтобы увеличивать изображения. Сейчас мы можем рассмотреть два компонента. Нитевидные структуры – состоят из изолированных галактик, групп, скоплений и сверхскоплений. А также пустоты – гигантские пустые пузыри. Посмотрите интересные видео, чтобы узнать больше информации о структуре Вселенной и свойствах ее элементов.

Иерархическое формирование галактик во Вселенной

Астрофизик Ольга Сильченко о свойствах темной материи, веществе в ранней Вселенной и реликтовом фоне:

Материя и антиматерия во Вселенной

изик Валерий Рубаков о ранней Вселенной, стабильности вещества и барионном заряде:

Как велика наблюдаемая нами часть Вселенной? Давайте поразмышляем как далеко мы можем заглянуть в космос.

Изображение, полученное с телескопа Хаббл, демонстрирует массивное скопление галактик PLCK_G308.3-20.2, ярко светящихся в темноте. Именно так выглядят огромные участки удалённой Вселенной. Но как далеко простирается известная нам Вселенная, включая и ту часть, что мы не можем наблюдать?

13,8 млрд лет назад произошёл Большой взрыв. Вселенная заполнилась материей, антиматерией, излучением, и существовала в сверхгорячем и сверхплотном, но расширяющемся и охлаждающемся состоянии.

Как выглядит вселенная

К сегодняшнему дню её объём, включающий наблюдаемую нами Вселенную, расширился до того, что его радиус составляет 46 млрд световых лет, и свет, сегодня впервые приходящий в наши глаза, соответствует пределам того, что мы способны измерить. А что же находится дальше? Что насчёт ненаблюдаемой части Вселенной?

История Вселенной, определена настолько хорошо, насколько далеко в прошлое мы способны заглянуть при помощи различных инструментов и телескопов. Но можно сказать, прибегая к тавтологии, что наши наблюдения могут дать нам информацию только о наблюдаемых её частях. Обо всём остальном приходится догадываться, и эти догадки хороши лишь настолько, насколько хороши лежащие в их основе предположения.

Сегодня Вселенная холодная и комковатая, а ещё она расширяется и оказывает гравитационное воздействие. Заглядывая далеко в космос, мы не только смотрим на далёкие расстояния, но и видим далёкое прошлое, из-за конечной скорости света.

Удалённые части Вселенной менее комковатые и более однородные, у них было меньше времени на формирование более крупных и сложных структур под воздействием гравитации.

Ранняя, удалённая от нас Вселенная, также была и горячее. Расширяющаяся Вселенная приводит к увеличению длины волны распространяющегося по ней света. С её растяжением свет теряет энергию, охлаждается. Это означает, что в далёком прошлом Вселенная была горячее – и этот факт мы подтвердили, наблюдая за свойствами удалённых частей Вселенной.

Исследование от 2011 года (красные точки) даёт наилучшие из имеющихся на сегодня свидетельств того, что температура реликтового излучения в прошлом была выше. Спектральные и температурные свойства пришедшего издалека света подтверждают тот факт, что мы живём в расширяющемся пространстве.

Исследования

Мы можем измерить температуру сегодняшней Вселенной, спустя 13,8 млрд лет после Большого взрыва, изучая излучение, оставшееся от того горячего, плотного раннего состояния.

Сегодня оно проявляет себя в микроволновой части спектра и известно, как реликтовое излучение. Оно укладывается в спектр излучения абсолютно чёрного тела и имеет температуру 2,725 К, и довольно легко показать, что эти наблюдения с удивительной точностью совпадают с предсказаниями модели Большого взрыва для нашей Вселенной.

Реальный свет Солнца (слева, жёлтая кривая) и абсолютно чёрного тела (серая). Благодаря толщине фотосферы Солнца оно больше относится к чёрным телам. Справа – реальное реликтовое излучение, совпадающее с излучением чёрного тела, по измерениям спутника COBE. Заметьте, что разброс ошибок на графике справа удивительно мал (в районе 400 сигм). Совпадение теории с практикой историческое.

Более того, нам известно, как меняется энергия этого излучения с расширением Вселенной. Энергия фотона обратно пропорциональна длине волны. Когда Вселенная была в два раза меньше, у фотонов, оставшихся от Большого взрыва, энергия была в два раза больше; когда размер Вселенной составлял 10% от её текущего, энергия этих фотонов была в 10 раз большей.

Если мы захотим вернуться назад, к моменту, когда размер Вселенной составлял 0,092% от её текущего, мы обнаружим, что Вселенная была в 1089 раз горячее, чем сегодня: порядка 3000 К. При таких температурах Вселенная способна ионизировать все содержащиеся в ней атомы. Вместо твёрдых, жидких или газообразных веществ, вся материя во всей Вселенной пребывала в виде ионизированной плазмы.

Вселенная, в которой свободные электроны и протоны сталкиваются с фотонами, превращается в нейтральную, прозрачную для фотонов, по мере остывания и расширения. Слева – ионизированная плазма до испускания реликтового излучения, справа – нейтральная Вселенная, прозрачная для фотонов.

Три основных вопроса

К размеру сегодняшней Вселенной мы подходим, разбираясь в трёх связанных между собой вопросах:

1. Как быстро Вселенная расширяется сегодня – это мы можем измерить несколькими способами.
2. Насколько горячая Вселенная сегодня – это мы можем узнать, изучая реликтовое излучение.
3. Из чего состоит Вселенная – включая материю, излучение, нейтрино, антиматерию, тёмную материю, тёмную энергию, и т.д.

Используя сегодняшнее состояние Вселенной, мы можем провести экстраполяцию назад, к ранним этапам горячего Большого взрыва, и прийти к значениям для возраста и размера Вселенной.

Логарифмический график зависимости размера наблюдаемой Вселенной, в световых годах, от количества времени, прошедшего с момента Большого взрыва. Всё это применимо лишь к наблюдаемой Вселенной.

Из всего набора доступных наблюдений, включающих реликтовое излучение, данные по сверхновым, наблюдения крупномасштабных структур и акустических барионных осцилляций, мы получаем картину, описывающую нашу Вселенную.

Спустя 13,8 млрд лет после Большого взрыва её радиус составляет 46,1 млрд световых лет. Это граница наблюдаемого. Всему, что находится дальше, даже движущемуся со скоростью света с момента горячего Большого взрыва, не хватит времени на то, чтобы добраться до нас.

С течением времени увеличиваются возраст и размер Вселенной, и всегда будет существовать граница того, что мы можем увидеть.

Художественное представление наблюдаемой Вселенной на логарифмической шкале. Отметьте, что мы ограничены в том, как далеко можем заглянуть в прошлое, количеством времени, прошедшим с горячего Большого взрыва. Это 13,8 млрд лет, или (учитывая расширение Вселенной) 46 млрд световых лет. Все, живущие в нашей Вселенной, в любой её точке, увидят почти такую же картину.

Что за пределами

Что мы можем сказать по поводу той части Вселенной, что находится за пределами наших наблюдений? Мы можем лишь предполагать на основании законов физики и того, что мы можем измерить в нашей, наблюдаемой части.

К примеру, мы видим, что Вселенная на крупных масштабах пространственно плоская: она не искривлена ни положительно, ни отрицательно, с точностью в 0,25%. Если мы предположим, что наши законы физики сформулированы верно, мы можем оценить, насколько большой может быть Вселенная до тех пор, пока она не замкнётся на себя.

Величины горячих и холодных участков и их масштабы говорят о кривизне Вселенной. Насколько точно мы способны измерить, она выглядит идеально плоской. Акустические барионные осцилляции дают ещё один метод наложения ограничений на кривизну, и приводят к сходным результатам.

Слоановский цифровой небесный обзор и спутник Планк дают нам наилучшие данные на сегодня. Они говорят о том, что если Вселенная и искривляется, замыкаясь на себя, то та её часть, что мы можем видеть, настолько неотличима от плоской, что её радиус должен не менее чем в 250 раз превышать радиус наблюдаемой части.

Это значит, что ненаблюдаемая Вселенная, если в ней нет никаких топологических странностей, должна иметь диаметр не менее 23 триллионов световых лет, а её объём должен быть, по крайней мере, в 15 млн раз больше, чем наблюдаемый нами.

Но если позволить себе рассуждать теоретически, мы можем вполне убедительно доказать, что размеры ненаблюдаемой Вселенной должны значительно превышать даже эти оценки.

Наблюдаемая Вселенная может иметь размер в 46 млрд световых лет во всех направлениях от нашего местоположения, но за этими пределами определённо существует и большая её часть, ненаблюдаемая, возможно, даже бесконечная, похожая на ту, что видим мы. Со временем мы сможем увидеть немного больше, но не всю её.

Горячий Большой взрыв может отмечать появление известной нам наблюдаемой Вселенной, но он не отмечает зарождение самого пространства и времени. До Большого взрыва Вселенная проходила период космической инфляции. Она была заполнена не материей и излучением, и не была горячей, а:

• была заполнена энергией, присущей самому пространству,
• расширялась с постоянной, экспоненциальной скоростью,
• и создавала новое пространство так быстро, что самая малая из возможных длин,

Инфляция заставляет пространство расширяться экспоненциально, что может очень быстро привести к тому, что искривлённое или не гладкое пространство станет выглядеть плоским. Если Вселенная искривлена, радиус её кривизны, по меньшей мере, в сотни раз больше того, что мы можем наблюдать.

В нашей части Вселенной инфляция действительно подошла к концу. Но три вопроса, на которые мы не знаем ответов, чрезвычайно сильно влияют на реальный размер Вселенной, и то, является ли она бесконечной:

1. Насколько велик участок Вселенной после инфляции, породивший наш Большой взрыв?
2. Верна ли идея вечной инфляции, по которой Вселенная бесконечно расширяется, по крайней мере, в некоторых регионах?
3. Как долго длилась инфляция, пока не остановилась и не породила горячий Большой взрыв?

Возможно, что та часть Вселенной, где шла инфляция, смогла вырасти до размера, не сильно превышающего то, что мы можем наблюдать. Возможно, что в любой момент появится свидетельство наличия «края», на котором закончилась инфляция. Но также возможно, что Вселенная в гуголы раз больше наблюдаемого. Не ответив на эти вопросы, мы не получим ответа на главный.

Огромное количество отдельных регионов, в которых произошёл Большой взрыв, разделяется пространством, постоянно растущим в результате вечной инфляции. Но мы не имеем понятия, как проверить, измерить или получить доступ к тому, что лежит за пределами нашей наблюдаемой Вселенной.

За пределами того, что мы можем видеть, скорее всего, находится ещё больше Вселенной, такой же, как и наша, с теми же законами физики, с теми же космическими структурами и такими же шансами на сложную жизнь.

Также у «пузыря», в котором закончилась инфляция, должен быть конечный размер, при том, что экспоненциально большое число таких пузырей содержится в более крупном, расширяющемся пространстве-времени.

Но даже если вся эта Вселенная, или Мультивселенная, может быть невероятно большой, она может и не быть бесконечной. На самом деле, если только инфляция не продолжалась бесконечно долго, или Вселенная не родилась бесконечно большой, она должна быть конечной.

Как ни велика наблюдаемая нами часть Вселенной, как ни далеко мы можем заглянуть, всё это составляет лишь малую долю того, что должно существовать там, за пределами.

Самая большая проблема состоит в том, что у нас не хватает информации для определённого ответа на вопрос. Мы знаем только, как получить доступ к информации, доступной внутри нашей наблюдаемой Вселенной: эти 46 млрд световых лет во всех направлениях.

Ответ на самый большой вопрос, о конечности или бесконечности Вселенной, может быть спрятан в самой Вселенной, но мы не можем познать достаточно большую её часть, чтобы знать наверняка. И пока мы не разберёмся с этим, или не придумаем хитроумную схему расширения границ возможностей физики, у нас будут оставаться одни только вероятности.

Книга «Вселенная. Руководство по эксплуатации» — идеальный путеводитель по самым важным — и, конечно, самым упоительным — вопросам современной физики: «Возможны ли путешествия во времени?», «Существуют ли параллельные вселенные?», «Если вселенная расширяется, то куда она расширяется?», «Что будет, если, разогнавшись до скорости света, посмотреть на себя в зеркало?», «Зачем нужны коллайдеры частиц и почему они должны работать постоянно? Разве в них не повторяют без конца одни и те же эксперименты?». Юмор, парадоксальность, увлекательность и доступность изложения ставят эту книгу на одну полку с бестселлерами Г. Перельмана, С. Хокинга, Б. Брайсона и Б. Грина! Настоящий подарок для всех, кого интересует современная наука, — от любознательного старшеклассника до его любимого учителя, от студента-филолога до доктора физико-математических наук!

Что за ними, не видно, но мы знаем, как выглядит Вселенная сейчас и как она выглядела в каждый момент времени с ранних стадий до сегодняшнего дня, поэтому можем догадаться, что находится за этой космической шторой. Так и подмывает за нее заглянуть, правда?

Так вот, хотя заглянуть за горизонт мы не в силах, зато видим достаточно много, чтобы удовлетворять собственное и чужое любопытство за государственный счет. Самое прекрасное — чем дольше мы ждем, тем старше становится Вселенная и тем дальше отодвигается горизонт. Иначе говоря, существуют далекие уголки Вселенной, чей свет доходит до нас только сейчас.

А что же находится за горизонтом? Этого никто не знает, но мы вправе делать обоснованные догадки. Помните, что Коперник и его последователи ясно показали нам; «Когда куда-нибудь идешь, то все равно куда-нибудь придешь», поэтому можно предположить, что за горизонтом Вселенная выглядит примерно так же, как и здесь. Конечно, там будут другие галактики, но их окажется примерно столько же, что и вокруг нас, и выглядеть они будут примерно так же, как и наши соседки. Но это не обязательно правда. Мы выдвигаем такое предположение, поскольку у нас нет причин думать иначе.

Пытливые умы ученых-энтузиастов бьются над решением загадочных явлений, придумывают теории, проводят исследования и наблюдения… Пожалуй, одной из самых интересных и многообещающих тем является космос и все, что с ним связано. И чем дальше заглядывает человечество в него, тем интереснее найти ответы на все большее число вопросов.

Мы пытаемся изучить Вселенную настолько, насколько это позволяют современные технологии. Но самые современные телескопы имеют определенные пределы, заглянуть за которые при помощи технических средств просто невозможно. Тогда человек подключает свое воображение и начинает домысливать имеющиеся факты.

Где заканчивается Вселенная? При этом это не философский и не риторический вопрос, а самый настоящий научный. Ответить на него односложно и точно, не имея достаточной базы, нельзя. Можно только, основываясь на уже доказанных теориях и имеющихся фактах, делать определенные выводы и фантазировать…

Происхождение Вселенной, галактик, звезд и даже нашей планеты описано теорией Большого Взрыва. Это событие случилось порядка 13,8 миллиардов лет назад и является моментом рождения Вселенной в том виде, в котором мы её себе представляем. При этом не стоит думать, что до этого Вселенная представляла собой пустоту. Напротив, по мере того, как энергия пространства росла, приближаясь к взрыву, менялось и само пространство.

Как выглядит край Вселенной?

Предполагаемая зона Большого Взрыва – сфера радиусом чуть больше 46 световых лет. Но это граница весьма условна и, конечно, не является границей космоса. Но что находится за ней?

Исследователи полагают, что там находится такой же участок Вселенной, который мы наблюдаем. За исключением деталей, которые можно назвать местными – расположение галактик и звезд, особенности систем.

Исходя из этого становится понятно, что увидеть пресловутый «край Вселенной» невозможно, как нельзя объять необъятное.

Невероятные факты

Задумывались ли вы когда-нибудь, насколько большой является Вселенная?

8. Однако это ничто по сравнению с Солнцем.

Фото Земли из космоса

9. А это вид нашей планеты с Луны
.

10. Это мы с поверхности Марса
.

11. А это вид Земли за кольцами Сатурна
.

12. А это знаменитая фотография «Бледно-голубая точка
«, где Земля сфотографирована с Нептуна, с расстояния почти 6 миллиардов километров.

13. Вот размер Земли в сравнении с Солнцем
, которое даже не помещается полностью на фотографии.

Самая большая звезда

14. А это Солнце с поверхности Марса
.

15. Как однажды сказал известный астроном Карл Саган, в космосе больше звезд, чем песчинок
на всех пляжах Земли.

16. Существует множество звезд, которые гораздо больше нашего Солнца
. Только посмотрите, насколько крошечным является Солнце.

Фото галактики Млечный путь

18. Но ничто не может сравниться с размерами галактики. Если уменьшить Солнце до размеров лейкоцита
(белой кровяной клетки), и уменьшить Галактику Млечный путь, используя тот же масштаб, Млечный путь был бы размером с США.

19. Это потому, что Млечный путь просто огромен. Вот, где находится Солнечная система внутри него.

20. Но мы видим лишь очень малую часть нашей галактики
.

21. Но даже наша галактика крошечная по сравнению с другими. Вот Млечный путь в сравнении с галактикой IC 1011
, которая находится на расстоянии 350 миллионов световых лет от Земли.

22. Задумайтесь, на этой фотографии, сделанной телескопом Хаббл, тысячи галактик
, каждая из которых содержит миллионы звезд, каждая со своими планетами.

23. Вот одна из галактик UDF 423, находящаяся на расстоянии 10 миллиардов световых лет
. Когда вы смотрите на эту фотографию, вы глядите на миллиарды лет в прошлое. Некоторые из этих галактик сформировались через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.

24. Но помните, что эта фотография является очень, очень маленькой частью Вселенной
. Это просто незначительная частица ночного неба.

25. Можно вполне уверенно предположить, что где-то есть черные дыры
. Вот размер черной дыры в сравнении с орбитой Земли.

Вселенная. Вопросы и ответы

Вселенная — это весь бесконечный мир, окружающий нас, все существующее. От мельчайших пылинок и атомов до грандиозных звездных систем.

Космическое пространство и наша Земля, другие планеты и звезды, туманности и электромагнитные поля, растения, животные и люди — все это Вселенная. Это вещество и энергия, принимающие самые разнообразные и во многом еще не известные формы.

Какая наука изучает Вселенную?

Астрономия изучает Вселенную, расположение, движение, происхождение небесных тел и все, что связано с космосом. А ученые, исследующие все это, называются астрономами. Они изучают Солнце, звезды. Луну, планеты Солнечной системы, метеориты, кометы и многие другие небесные тела.

Изучая Вселенную, астрономы шаг за шагом проникали все дальше в ее таинственные глубины. Поняв и уточнив строение Солнечной системы, ученые обратились к Млечному Пути — гигантскому «содружеству» звезд и межзвездного вещества, существующему по особым «правилам». А следующий этап — открытие и исследование других звездных систем, похожих и непохожих на нашу, оказался крайне сложным. Ведь речь шла о расстояниях в сотни тысяч и миллионы световых лет!

А ведь еще в начале 20 в. не все астрономы верили в существование звезд и звездных систем за пределами нашей Галактики. И лишь с появлением сверхмощных телескопов нового поколения удалось измерить расстояния до самых отдаленных туманностей и галактик и хотя бы в общих чертах понять, как выглядит Вселенная «в целом».

Чем отличается космос от Вселенной?

Всё пространство Вселенной за пределами атмосфер (газовых оболочек) небесных тел называют космосом. Например, наша планета и её обитатели являются частью Вселенной. А чтобы попасть в космос, человеку надо преодолеть земную гравитацию и вылететь за границу нашей воздушной оболочки, то есть взмыть на 100-километровую высоту.

Небесные тела составляют часть Вселенной, а пространство между их атмосферами — космос

Как появилась Вселенная?

По официальным данным современной астрономической науки, Вселенная образовалась примерно 14 миллиардов лет назад. Из множества теорий, объясняющих ее происхождение, наиболее популярна теория Большого взрыва. Другие же ученые считают, что Вселенная бесконечна и существовала она всегда. Однако мы можем только предполагать, как возникла Вселенная.

Теория Большого взрыва

Теория Большого взрыва гласит, что современная Вселенная возникла после невероятной силы взрыва. Множество ученых, начиная с Альберта Эйнштейна, внесли свой вклад в развитие теории.

1) Приблизительно 15 миллиардов лет назад произошёл Большой взрыв.

2) Спустя несколько секунд после Большого взрыва образовались частицы газа и пыли.

3) Через 400 тысяч лет частицы газа и пыли объединились в своеобразные облака.

4) Через 300 миллионов лет начали возникать звёзды и галактики.

5) Через 9 миллиардов лет возникла Солнечная система, а вместе с ней и Земля.

Более 15 миллиардов лет назад все вещество Вселенной было спрессовано в одной крошечной точке. От переизбытка находящейся в ней энергии точка раскалилась до невероятной степени и, в конце концов, взорвалась. Взрыв был такой невообразимой мощности, что после него образовались миллиарды километров газа и пыли, из которых через некоторое время стали образовываться галактики, звезды и различные небесные тела. А до взрыва не существовало ни времени, ни пространства — вообще ничего.

Насколько велика Вселенная?

Всякий, кто хоть что-то знает о Вселенной, ответит не задумываясь: «Ужасно велика!» А вот ученые так быстро и определенно ответить не берутся.

Мы привыкли к тому, что у любого объекта есть размер. Иногда его не так легко определить, но он есть. Есть размер у атома, живой клетки, человека, Земли, любой планеты, Солнечной системы. Мы можем заглянуть в справочники и найти все эти цифры. Но, открывая справочник на слове «Вселенная», видим, к удивлению, что ее размер не указан. Это потому, что Вселенная — объект, который не укладывается в обычные житейские представления. Но люди об этом обычно не задумываются. Чаще под влиянием фантастов и околонаучных энтузиастов интереснее поразмышлять об иных мирах и пришельцах из них. А между тем в последние десятилетия ученые наблюдают настоящую революцию в понимании устройства Вселенной. Это гораздо более крупное изменение представлений о строении окружающего нас мира, чем осознание человечеством того, что Земля — это шар.

Еще несколько десятков лет назад Вселенную считали бесконечной. Так думали потому, что нигде не заметно никаких признаков ее границ. Например, в наши дни через телескопы можно рассмотреть объекты, находящиеся на расстоянии 28 млрд световых лет, но границ так и не видно.

Ученые считают, что юная Вселенная была плотным сгустком вещества с высокой температурой и давлением, которое расширялось с момента Большого взрыва до наших дней и продолжает расширяться

Однако эти взгляды пришлось изменить, когда в 1929 году 40-летний американский астроном Эдвин Хаббл открыл, что галактики удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними. Из теоретических работ Альберта Эйнштейна и советского физика Александра Фридмана следовало, что Вселенная должна изменяться во времени. Таким образом, открытие Хаббла способствовало перевороту в науке: вместо вечной и неизменной мы получили расширяющуюся, эволюционирующую Вселенную, возникшую миллиарды лет назад.

Новые представления породили новые идеи и исследования. Их результаты привели к модели образования Вселенной в результате Большого взрыва, который произошел, по разным оценкам, от 13 до 17 млрд лет назад. С этого момента начало существовать и отсчитываться время. В результате взрыва образовались частицы, из них — вещество, а из него уже формировались звезды и планеты.

В нынешнем состоянии Вселенная по форме похожа на футбольный мяч, состоящий из 12 пятиугольников, плотно подогнанных друг к другу. Внутри него находятся все известные нам объекты, включая нас самих. Диаметр «мяча» составляет, по разным оценкам, от 60 до 80 млрд световых лет. (Световой год — это расстояние, которое свет проходит за год. Это примерно 10 000 млрд километров. ) Считается, что «мяч» еще какое-то время будет расширяться, а потом начнется обратный процесс, так что общий цикл от начала до конца займет около 40 млрд световых лет.

Ученые полагают, что звезды и другие объекты Вселенной продолжают отдаляться друг от друга, двигаясь благодаря силе, которую придал им Большой взрыв

Некоторые модели, с помощью которых описываются процессы возникновения и эволюции Вселенной, предполагают, что вселенные могут возникать при высокоэнергетическом взаимодействии элементарных частиц. В этих моделях макромир и микромир оказываются взаимосвязанными. Из этого следует, что вселенных может быть много.

Конечно, и из-за гигантских отрезков времени, и из-за дистанций это никак не затрагивает нашу жизнь. Но это формирует наши представления об окружающем мире. И восхищает то, что люди на уютной планете Земля за свою короткую по космическим масштабам жизнь и историю своим разумом, страстью и упорством проникают в такие удивительные тайны мироздания. Этим можно гордиться.

Сколько во Вселенной галактик и планетных систем?

Существует как минимум 100 миллиардов галактик, о которых нам известно. Однако это число продолжает возрастать по мере того, как появляются новые, более мощные приборы.

Земля на фоне галактики

В каждой из этих галактик насчитывается от нескольких сотен тысяч до десятков триллионов звезд. Вокруг всех этих небесных светил могут вращаться разнообразные небесные тела, в том числе и планеты. Планетные системы выглядят по-разному, очень часто бывает, что вокруг звезды обращается только одна планета. Однако и систем, похожих на Солнечную, также великое множество.

Поделиться ссылкой

Войд Волопаса: как посреди Вселенной появилось огромное пустое место

Тренды

Телеканал

Газета

Pro

Инвестиции

РБК+

Новая экономика

Тренды

Недвижимость

Спорт

Стиль

Национальные проекты

Город

Крипто

Дискуссионный клуб

Исследования

Кредитные рейтинги

Франшизы

Конференции

Спецпроекты СПб

Конференции СПб

Спецпроекты

Проверка контрагентов

РБК Библиотека

Подкасты

ESG-индекс

Политика

Экономика

Бизнес

Технологии и медиа

Финансы

РБК КомпанииРБК Life

РБК
Тренды

Фото: Wikimedia Commons

В 700 млн световых лет от Земли находится пространство, в котором практически нет галактик. Разбираемся, как оно возникло

Случайная находка

В 1981 году астроном Мичиганского университета Роберт Кишнер с коллегами пытался вычислить красные смещения галактик, то есть рассчитать, с какой скоростью они удаляются от Земли. Из-за того, что Вселенная постоянно расширяется, чем дальше галактика, тем быстрее она движется. Используя эту особенность, ученые создали 3D-модель Вселенной. Во время работы на карте, сформированной автоматически, они заметили нечто странное. В 700 млн световых лет от нашей планеты находилось огромное пустое сферическое пространство. Сначала регион хотели назвать «Великим ничем», однако потом ему дали более поэтическое наименование «Войд Волопаса» в честь созвездия Волопаса, пастуха, который тянет звездный плуг над Северным полюсом Земли.

60 галактик на огромном расстоянии друг от друга

Войд Волопаса называют «самым страшным местом в космосе», потому что в нем практически ничего нет. Он составляет 0,27% от всей Вселенной, а его диаметр — 330 млн световых лет. Для сравнения, наша галактика Млечный Путь растянута на 106 тыс. световых лет. По словам Роберта Кишнера, сначала он с командой нашел только одну галактику внутри Войда Волопаса. В течение следующих 16 лет было обнаружено не больше 60 других. Расстояние между каждой — около 10 млн световых лет.

Телескоп «Хаббл» смог запечатлеть одну из галактик Войда Волопаса — спиральную MCG+01-02-015. По выражению специалистов Европейского космического агентства, это самая одинокая галактика во Вселенной. Для сравнения: уголок Вселенной, где расположен Млечный путь, называется сверхскопление Девы. Оно в три раза меньше Войда Волопаса, однако здесь находится более 30 тыс. галактик. По словам астронома Грегори Олдеринга, если бы Млечный путь находился в Войде, мы бы не знали о существовании других галактик до 1960-х годов — только тогда астрономическая техника развилась до такого уровня, что смогла бы преодолеть пустоту.

Возникновение пустоты

Считается, что причина возникновения Войда кроется в происхождении Вселенной. На заре существования космоса вся материя была плотно и равномерно сконцентрирована. Однако случайные квантовые колебания вскоре создали небольшие различия в ее распределении.

Некоторые области стали чуть более плотными: их гравитационное притяжение было сильнее, поэтому они оттягивали материю от менее наполненных областей, одной из которых стал Войд. Постепенно процесс ускорялся. В то же время Вселенная сильно расширялась, и эти колебания в конечном итоге охватили огромное космическое пространство в сотни миллионов световых лет: мелкие скопления материи начали организовываться в галактики.

Изучая подобные структуры и моделируя с помощью суперкомпьютера то, как Вселенная расширялась после Большого взрыва, астрономы могут получить представление о том, как выглядел космос на самых ранних этапах своего существования.

Обновлено 07.10.2022

Текст

Семен Башкиров

Главное в тренде

Материалы по теме

Как на самом деле выглядит Вселенная?

«В космическом масштабе наша жизнь незначительна, но этот краткий период, когда мы появляемся в мире, является временем, когда возникают все значимые вопросы. » — Paul Ricoeur

Спросите любого, кто смотрел на темное небо в ясную безлунную ночь, и вы немедленно услышите рассказы о том, насколько непостижимо огромна Вселенная.

Изображение предоставлено: Рэнди Халверсон, пользователь flickr dakotalapse, с http://dakotalapse.com/.

Но то, на что вы смотрите, вовсе не часть Вселенной. На самом деле, практически каждая точка света, которую вы видите, включая обширную полосу звезд, слишком тусклых для индивидуального разрешения, исходит из нашей собственной галактики Млечный Путь. Как мы знаем из поколений телескопов, обсерваторий, наблюдений, а также физиков и астрономов, Вселенная выходит далеко за рамки этого.

Изображение предоставлено: НАСА, ЕКА, Р. Виндхорст, С. Коэн и М. Мехтли (АГУ), Р. О’Коннелл (УФ-А), П. Маккарти (Обсерватория Карнеги), Н. Хати (Калифорнийский университет в Риверсайде), Р. Райан (Калифорнийский университет в Дэвисе) и Х. Ян (tOSU).

В нашей наблюдаемой Вселенной есть сотни миллиардов галактик (по крайней мере), разбросанных с нашей точки зрения по сфере радиусом около 46 миллиардов световых лет.

Если бы мы смотрели на это как человеческие существа, то были бы ограничены биологией наших глаз. Мы очень хорошо приспособлены для наблюдения в условиях хорошего освещения, в межгалактическом пространстве мы бы справились несколько хуже; мы смогли бы увидеть только самые близкие и самые яркие из всех источников света, что, скорее всего, ограничило бы нас лишь несколькими дюжинами галактик, если бы мы оказались в случайном месте.

Изображение предоставлено: Кнут Скаар из http://knutsastronomy.blogspot.com/, Мессье 109.

Как бы то ни было, мы находимся в нашей собственной галактике, и у нас есть тысячи и тысячи звезд на переднем плане, которые мы должны игнорировать, когда заглядываем вглубь Вселенной. Мы также знакомы с использованием таких инструментов, как телескопы и/или камеры, которые необходимы, чтобы увидеть даже близлежащие яркие галактики, такие как Мессье 109, выше, чтобы улучшить наше понимание того, что там находится.

Неудивительно, что многие из нас мечтают о путешествии по Вселенной, о том, что там есть, обо всех галактиках, о том, как они слипаются и собираются вместе, о различных формах, которые они принимают, и о том, как будет выглядеть такое приключение.

Изображение предоставлено: Cosmic Flows Project/Гавайский университет, через http://www.cpt.univ-mrs.fr/.

Недавно проект «Космические потоки» снял потрясающее видео (озвученное на французском языке), представляющее собой 17-минутное путешествие по локальной Вселенной в пределах 300 000 000 световых лет. Это замечательный взгляд не только на наш Млечный Путь, нашу местную группу, наше ближайшее сверхскопление (сверхскопление Девы, от которого мы находимся на окраине и которое содержит около 100 000 галактик), но и самые большие сверхскопления и пустоты, обнаруженные поблизости! Когда у вас есть время, вы однозначно хочу посмотреть целиком.

Но вы можете посмотреть на это и удивиться, как мы это понимаем. С нашей точки зрения здесь, на Земле, или даже в космосе из какой-то части нашей Солнечной системы, есть лота информации, которую нужно фильтровать и анализировать. Самая простая вещь, которую вы можете сделать, на самом деле уводит вас очень далеко: вспомните закон Хаббла или тот факт, что не только Вселенная расширяется, но и расстояние от нас до галактики прямо пропорционально скорости ее удаления.

Изображение предоставлено Ларри Макнишем из RASC Calgary Center, через http://calgary.rasc.ca/.

Выяснилось, что красное смещение на самом деле довольно простое свойство галактики для измерения, поэтому, если вы знаете закон Хаббла, вы можете сделать вывод, насколько далеко находится эта галактика.

Ну, вид оф. Закон Хаббла дает очень хорошее приближение для средних расстояний в больших масштабах. Но закон Хаббла не учитывает всех красного смещения объекта. Есть также очень незначительная проблема (это сарказм) всей остальной материи во Вселенной и гравитационных эффектов, которые она имела за последние 13,8 миллиардов лет.

Изображение предоставлено пользователем Wikimedia Commons Brews ohare.

Материя обладает раздражающим свойством: она слипается и слипается, и это потому, что гравитационное притяжение заставляет ее двигаться . Не поймите меня неправильно, это отлично подходит для многих вещей, но не очень хорошо, когда вы пытаетесь выяснить, насколько удален объект на основе его движения!

Создает искажения вдоль линии обзора, известные как искажения красного смещения.

Изображение предоставлено М.У. SubbaRao et al., New J. Phys. 10 (2008) 125015, через IOPscience.

Как вы можете видеть слева, эти искажения создают видимые линии или полосы, направленные радиально к вам. Мы называем эти особенности Пальцами Бога. Это происходит из-за того, что галактики, сгруппированные вместе, движутся быстрее как к центру скопления, так и от него, что приводит к их рассеянию по красному смещению.

Есть и менее заметный эффект, когда скопления движутся друг относительно друга и распадаются на сверхскопления и филаменты; на самом деле они имеют обратный эффект в больших масштабах, создавая более плоские черты в очень больших масштабах. Некоторые называют это эффектом Кайзера (в честь Ника Кайзера), но я всегда называл их Блинами Бога.

Изображение предоставлено: из фильма Тор (2011).

Итак, как нам преодолеть эти искажения пространства из-за красного смещения? Хотите верьте, хотите нет, но это один из случаев, когда симуляции нам очень помогли! Благодаря тому, как структура формируется на протяжении всей истории Вселенной, из ее гравитационной эволюции, мы можем точно выяснить, как на всех шкалах расстояний сгруппированные объекты переходят из пространства красного смещения, которое легко измерить, в реальное пространство. это Вселенная, в которой мы на самом деле живем.

Изображение предоставлено: Lahav et al. и Группа исследования красного смещения галактики 2dF (2002 г.).

На данный момент мы понимаем группировку в нашей Вселенной, а также темную материю и темную энергию, от которых она зависит, чтобы осуществить это преобразование с невероятно высокой степенью уверенности. Итак, мы начинаем с одного и того же: мы измеряем красное смещение галактик и соответствующим образом наносим их на график.

Изображение предоставлено: двухмикронный обзор всего неба (2MASS), IPAC / Caltech, Univ. штата Массачусетс.

Но затем мы используем все, что знаем о массе, материи и гравитации, чтобы понять, как эти галактики сгруппировались вместе, и нанести на карту — насколько это возможно — их особые скорости или их скорость относительно поток Хаббла. Вычитая эти пекулярные скорости, мы можем получить оценки их положения в реальном пространстве и, следовательно, того, насколько далеко в каждом направлении находится каждая галактика.

Изображение предоставлено: Tegmark, M., et al. 2004, ApJ, 606, 702. (ВОГ — это пальцы Бога.)

Так как же на самом деле будет выглядеть полет через Вселенную — реальное пространство Вселенной? Не для человеческих глаз, а для наших глаз, какими они были бы, если бы у нас были зрачки размером с гигантский телескоп? Наслаждайтесь этим блестящим видео Мигеля Арагона, Марка Суббарао и Алекса Салая из Sloan Digital Sky Survey, в котором все это собрано вместе!

И это «всего» около 400 000 галактик в их фактическом положении, или всего 0,0003% галактик во Вселенной, максимум .

И это всего лишь маленькое представление о том, как на самом деле выглядит Вселенная!

Моделирование показывает формирование первого света во Вселенной – Harvard Gazette

Научная технология

Газ во Вселенной в процессе реионизации.

Авторы и права: Thesan Collaboration

Беспрецедентно детальное моделирование превращает раннюю Вселенную из полной тьмы в яркий свет

Автор: Надя Уайтхед CfA Communications

Дата 24 марта 2022 г. 24 марта 2022 г.

Похоже на светлячков, мерцающих в темноте. Медленно, все больше и больше накапливаются, освещая экран большими кусками и кластерами.

Но это не видео про насекомых. Это симуляция ранней Вселенной, времени после Большого взрыва, когда космос превратился из места полной тьмы в сияющую, наполненную светом среду.

Потрясающее видео является частью большого набора симуляций, описанных в серии из трех статей, принятых к Ежемесячным уведомлениям Королевского астрономического общества. Создано исследователями Центра астрофизики | Гарвардского и Смитсоновского институтов, Массачусетского технологического института и Института астрофизики Макса Планка, моделирование представляет собой монументальный прогресс в моделировании образования первых галактик и реионизации — процесса, посредством которого нейтральные атомы водорода в космосе превращались в положительно заряженные или ионизированный водород, позволяющий свету распространяться по Вселенной.

Смоделированный период, известный как эпоха реионизации, имел место около 13 миллиардов лет назад, и его было сложно реконструировать, поскольку он включает чрезвычайно сложные хаотические взаимодействия, в том числе между гравитацией, газом и излучением или светом.

«У большинства астрономов нет лабораторий для проведения экспериментов. Масштабы пространства и времени слишком велики, поэтому мы можем проводить эксперименты только на компьютерах», — объясняет Рахул Каннан, астрофизик из Центра астрофизики и астрономии. ведущий автор первой статьи серии. «Мы можем использовать основные уравнения физики и основные теоретические модели для моделирования того, что происходило в ранней Вселенной».