Содержание
Температура Вселенной выросла в несколько раз
11 ноября 2020
17:45
Анатолий Глянцев
Бурное прошлое создало вокруг галактик облака раскалённого газа.
Иллюстрация Pixabay
По мере того как тёмная материя собиралась в сгустки, увлекая за собой обычное вещество, температура газа росла. Перевод Вести.Ru.
Иллюстрация D. Nelson/Illustris Collaboration.
Астрономы «поставили космосу градусник» и выяснили, что он становится всё горячее.
За последние восемь миллиардов лет средняя температура вещества во Вселенной выросла троекратно, и этот разогрев продолжается. Такой вывод сделан в научной статье, опубликованной в издании Astrophysical Journal.
Трудности роста
В первые доли секунды после Большого взрыва вещество было невероятно горячим. При такой температуре не могли существовать даже протоны, не говоря об атомах. Однако Вселенная стремительно расширялась. Тепловая энергия распределялась по всё большему пространству, и космос остывал. Когда вещество достаточно остыло, начался процесс формирования Вселенной, какой мы её знаем.
Большую роль в этом сыграла тёмная материя. Согласно современным теориям, частицы тёмной материи не сталкиваются друг с другом (в отличие от молекул обычного вещества). Поэтому в сгустке этой загадочной субстанции не возникает давления. Он не оказывает сопротивления, если его сжимать. В результате именно тёмная материя первой собралась в облака под действием собственной гравитации.
Под действием тёмной материи в этих облаках сгущался и обычный газ. Эти сгустки и стали зародышами будущих галактик.
Облака из тёмной материи и обычного вещества всё больше сжимались под действием собственного тяготения. Кроме того, они притягивались и друг к другу, поэтому сталкивались и сливались. Из крошечных первоначальных сгустков возникали объекты побольше, потом – ещё больше. Так возникли небольшие протогалактики, которые в конце концов слились в галактики.
Эти бурные события не прошли бесследно для обычной (не тёмной) материи. При столкновении облаков газа в них возникали ударные волны, разогревавшие вещество.
Этот процесс продолжается и в наши дни. Ведь галактики продолжают сближаться друг с другом и сталкиваться, а значит, порождать новые ударные волны в межгалактическом газе.
Итак, вскоре после того как Вселенная остыла, в ней начался обратный процесс: нагрев вещества из-за столкновений его сгустков. Так, по крайней мере, гласит теория.
По мере того как тёмная материя собиралась в сгустки, увлекая за собой обычное вещество, температура газа росла.
Перевод Вести.Ru.
Иллюстрация D. Nelson/Illustris Collaboration.
Поставить космосу градусник
А что говорят наблюдения? Астрономы давно знают, что в скоплениях галактик пространство между «звёздными островами» заполнено разреженным, но очень горячим газом. Версия о том, что этот газ нагрелся в результате вышеописанного процесса, весьма соблазнительна. Но если так, то в прошлом он должен был быть холоднее, чем сегодня.
К счастью, у астрономов есть своеобразная машина времени. Ведь свет от самых далёких галактик путешествует к нам миллиарды лет. Значит, мы видим их такими, какими они были миллиарды лет назад.
Но как измерить температуру газа вокруг галактик? В этом авторам новой работы помог эффект Сюняева–Зельдовича. Напомним, в чём он состоит. Электроны межгалактического вещества воздействуют на реликтовое излучение, оставляя в нём своеобразный след. По этому воздействию можно определить температуру вещества, через которое прошли древние реликтовые фотоны.
Учёные использовали карты реликтового излучения, составленные миссией Planck. Эти данные они сопоставили с результатами обзора SDSS, создатели которого нанесли на карту множество скоплений галактик вместе с расстоянием до них.
Как выяснили исследователи, за последние 7,7 миллиарда лет температура газа вокруг галактик выросла втрое: с 700 тысяч до двух миллионов градусов.
Отметим, что 7,7 миллиарда лет назад подавляющая часть галактик уже сформировалась, хотя небольшие звёздные системы продолжали объединяться в более масштабные. Если бы астрономам удалось заглянуть в эпоху рождения первых галактик, они наверняка увидели бы ещё более быстрый разогрев. Согласно теоретическим расчётам, за последние 10 миллиардов лет температура газа выросла вдесятеро!
К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о нитях горячего газа, протянувшихся между галактиками. Писали мы и о том, сколько во Вселенной материи и звёздного света.
наука
космос
астрономия
Вселенная
космология
новости
Ранее по теме
Расширение не по плану: «Хаббл» обнаружил нестыковку в знаниях учёных о Вселенной
Известный физик предположил, что нашу вселенную могли создать в лаборатории
Другие вселенные кажутся нам чёрными дырами
Астрономы нашли следы чёрных дыр из предыдущей вселенной
В охлаждённом до предела веществе воспроизвели Большой взрыв
Конец эпохи: коллаборация «Планка» выпустила последние карты реликтового излучения
Средняя температура Вселенной повышается за миллиарды лет
Земля — не единственное место, которое в последнее время нагревается — похоже, Вселенная тоже.
Астрономы из Университета штата Огайо измерили среднюю температуру космического газа на разных расстояниях и в разном возрасте и обнаружили, что сегодня он примерно в 10 раз горячее, чем 10 миллиардов лет назад.
Читай также: На МКС создали самое холодное место во Вселенной
Когда вы смотрите в космос, вы также эффективно оглядываетесь во времени. Поскольку свет движется с заданной скоростью, если объект находится на расстоянии одного светового года, мы видим этот объект таким, каким он был год назад. Более того, если обсерватории изучают объект, находящийся на расстоянии миллиардов световых лет, мы фактически смотрим назад почти на зари самой Вселенной.
В новом исследовании команда использовала это явление для измерения температуры газа на расстоянии 10 миллиардов световых лет, то есть 10 миллиардов лет назад, и сравнила ее с газом, который намного ближе к нам в пространстве и времени.
Команда начала с данных двух широкомасштабных космических наблюдений — Planck и Sloan Digital Sky Survey.
Они объединили два набора данных, а затем вычислили расстояния до карманов горячих газов, измерив красное смещение их света. По сути, пока этот свет распространяется на такие огромные расстояния, его длины волн растягиваются по мере расширения Вселенной, делая их более красными. Измерение «красноты» этого света может определить, насколько далеко находится газ.
Читай также: Похожая на Марс: Обнаружена планета с растениями и облаками
Затем команда смогла оценить температуру этого газа на основе его света. Средняя температура «современного» газа составила почти 2 миллиона ° C, что делает его примерно в 10 раз горячее, чем газ 10 миллиардов лет назад.
Причина этого изнуряющего роста связана с эволюцией Вселенной на протяжении большей части ее жизни. Когда крупномасштабная структура Вселенной превратилась в галактики и скопления, газ естественным образом нагрелся. Это потепление будет продолжаться и в будущем.
«По мере развития Вселенной гравитация объединяет темную материю и газ в космосе в галактики и скопления галактик», — говорит И-Куан Чан, ведущий автор исследования.
«Сопротивление очень сильное — настолько сильное, что все больше и больше газа выбрасывается и нагревается».
Хотя это интригующее открытие, исследование не говорит о том, что Вселенная в целом нагревается — это исследование было сосредоточено на средней температуре газа вблизи объектов. Средняя температура Вселенной намного, намного холоднее — примерно -270,4 ° C, всего на волосок выше абсолютного нуля.
Тем не менее, новое исследование может дать астрономам более полное представление о долгосрочной эволюции структуры Вселенной.
Исследование было опубликовано в Astrophysical Journal.
Напомним, ранее сообщалось, что создана самая детальная 3D-карта Вселенной.
Хотите знать важные и актуальные новости раньше всех? Подписывайтесь на Bigmir)net в Facebook и Telegram.
- Теги:
- вселенная
- температура
Средняя температура Вселенной становится все горячее и горячее
Уже почти столетие астрономы понимают, что Вселенная находится в состоянии расширения.
С 1990-х годов они пришли к пониманию того, что четыре миллиарда лет назад скорость расширения ускорилась. По мере того как это прогрессирует, и скопления галактик и нити Вселенной удаляются друг от друга, ученые предполагают, что средняя температура Вселенной будет постепенно снижаться.
Но, согласно новому исследованию, проведенному Центром космологии и физики астрочастиц (CCAPP) в Университете штата Огайо, кажется, что Вселенная с течением времени на самом деле становится все горячее. Изучив тепловую историю Вселенной за последние 10 миллиардов лет, команда пришла к выводу, что средняя температура космического газа увеличилась более чем в 10 раз и сегодня достигла около 2,2 миллиона К (~ 2,2 ° C; 4 миллиона ° F).
Исследование, описывающее их открытия, «Космическая тепловая история, исследованная томографией на эффекте Сюняева–Зельдовича», недавно появилось в Астрофизический журнал . Исследование возглавил Йи-Куан Чанг, научный сотрудник CCAP, и в нем приняли участие сотрудники Института физики и математики Вселенной Кавли (Kavli IPMU), Университета Джона Хопкинса и Института Макса Планка.
Астрофизика.
Художественный концепт космического корабля «Планк». Кредиты: ESA/NASA/JPL-Caltech
Ради своего исследования команда изучила тепловые данные о крупномасштабной структуре (LSS) Вселенной. Это относится к паттернам галактик и материи в самом большом из космических масштабов, что является результатом гравитационного коллапса темной материи и газа. Как объяснил д-р Чанг в выпуске новостей штата Огайо:
«Наше новое измерение является прямым подтверждением основополагающей работы Джима Пиблза — лауреата Нобелевской премии по физике 2019 года, — который изложил теорию формирования крупномасштабных структур во Вселенной. По мере развития Вселенной гравитация стягивает темную материю и газ в космосе вместе в галактики и скопления галактик. Сопротивление сильное — настолько сильное, что все больше и больше газа сотрясается и нагревается».
Чтобы измерить температурные изменения за последние 10 миллиардов лет, Чанг и его коллеги объединили данные, полученные ЕКА.
0007 Planck Инфракрасный астрономический спутник и Sloan Digital Sky Survey (SDSS). В то время как Planck был первой европейской миссией, измерившей температуру космического микроволнового фона (CMB), SDSS — это массивное многоспектральное исследование, в результате которого были созданы самые подробные трехмерные карты Вселенной.
Из этих наборов данных команда провела перекрестную корреляцию восьми карт интенсивности неба Planck с двумя миллионами спектроскопических ссылок на красное смещение из SDSS. Сочетая измерения красного смещения (которые обычно используются для определения того, насколько быстро объекты удаляются от нас) и оценки температуры, основанные на свете, команда сравнила температуру более удаленных газовых облаков (дальше во времени) с теми, что ближе к Земле.
Данные всего неба, полученные с помощью миссии ЕКА «Планк», показывающие различные длины волн. Авторы и права: ESA
Благодаря этому исследовательская группа смогла подтвердить, что средняя температура газов в ранней Вселенной (около 4 миллиардов после Большого взрыва) была ниже, чем сейчас.
По-видимому, это связано с гравитационным коллапсом космической структуры с течением времени, тенденция, которая будет продолжаться и становиться все более интенсивной по мере дальнейшего ускорения расширения Вселенной.
Как резюмировал Чанг, Вселенная нагревается из-за естественного процесса формирования галактик и структур и не связана с изменениями температуры здесь, на Земле:
«По мере развития Вселенной гравитация стягивает темную материю и газ в космосе вместе в галактики и скопления галактик. Сопротивление сильное — настолько сильное, что все больше и больше газа сотрясается и нагревается… Эти явления происходят в очень разных масштабах. Они никак не связаны».
В прошлом многие астрономы утверждали, что космос будет продолжать остывать по мере расширения, что неизбежно приведет к «Большому холоду» (или «Большому замораживанию»). Напротив, Чанг и его коллеги показали, что ученые могут отслеживать эволюцию формирования космических структур, «проверяя температуру» Вселенной.
Часть 3D-карты, созданной BOSS. Прямоугольник в крайнем левом углу показывает вырез в небе площадью 1000 кв. градусов, содержащий почти 120 000 галактик, или примерно 10% от общего числа снимков. Авторы и права: Джереми Тинкер/SDSS-III
Эти открытия также могут иметь значение для теорий, которые принимают «космическое охлаждение» как предрешенный вывод. С одной стороны, было высказано предположение, что возможное решение парадокса Ферми заключается в том, что внеземные разумы (ETI) бездействуют и ждут, пока Вселенная улучшится (гипотеза Aestivation).
Частично основанный на термодинамике вычислений (принципе Ландауэра), аргумент утверждает, что по мере остывания Вселенной развитые виды смогут получать гораздо больше от своих мегаструктур. Кроме того, если со временем космос станет горячее, значит ли это, что появление жизни со временем станет менее вероятным из-за увеличения космического излучения?
Если предположить, что не существует механизма поддержания определенного теплового равновесия, значит ли это, что Вселенная закончится не «Большим холодом», а «Большим пожаром»? Как сказал Роберт Фрост: «Одни говорят, что конец света — в огне, другие — во льду».
Какие из них окажутся правильными и какие последствия это может иметь для жизни в будущем, покажет только время…
Дополнительная литература: Новости штата Огайо , Астрофизический журнал
Нравится:
Нравится Загрузка…
Насколько горяча Вселенная на самом деле?
жарко жарко жарко
Оказывается, гравитация нагревает вещи.
Кейт С. Петерсен
Наполненный галактиками , звездами, планетами, пылью и газом, космос полон экстремальных особенностей — экстремальных масс, экстремальных структур и экстремальных особенностей.
Пока ученые пытаются понять вселенную, в которой мы существуем, некоторые из самых фундаментальных вопросов о природе вселенной остаются неясными. Насколько это велико? Как это произошло?
Ответы на эти вопросы ускользали от ученых сотни лет. Но мы приближаемся к ответу на один из них: насколько горяча Вселенная?
Насколько горяча Вселенная?
Недавнее исследование показало, что средняя температура горячих газов в крупномасштабных структурах, включая галактики и скопления галактик, во Вселенной составляет 2 миллиона кельвинов — или 1 999 726,85 градусов Цельсия.
По словам автора исследования Рю Макия, научного сотрудника Института физики и математики Вселенной им. Кавли, эти газы составляют основную часть видимой материи во Вселенной.
«Тяга сильная — такая сильная, что все больше и больше газа сотрясается и нагревается.»
Но все становится сложнее: разные, отдельные объекты во Вселенной имеют разную температуру. По данным Всемирного фестиваля науки, внутренняя температура Солнца достигает 15,7 миллиона кельвинов. Однако излучение космического микроволнового фона (CMB), оставшееся после Большого взрыва, составляет всего 2,75 Кельвина.
Насколько горячей была Вселенная во время Большого Взрыва?
Ученые считают, что температура Вселенной могла быть почти бесконечной в момент Большого взрыва, говорит Клод Канисарес, заслуженный профессор экспериментальной физики в Массачусетском технологическом институте, Inverse.
«У нас есть все основания полагать, что Вселенная была чрезвычайно горячей в первые бесконечно малые доли секунды Большого взрыва, — говорит он.
«В отличие от сегодняшнего дня, Вселенная, вероятно, была почти полностью однородной… и состояла из кварк-глюонного бульона, из которого по мере расширения и охлаждения в конце концов выходили протоны и нейтроны», — объясняет он.0003
Изменилась ли температура Вселенной со временем?
Когда Вселенная начала быстро расширяться после Большого Взрыва около 13,8 миллиардов лет назад, температура резко и быстро понизилась.
Но по мере того, как Вселенная становилась менее однородной и дифференцировалась на структуры, узнаваемые сегодня, такие как галактики, температурные режимы во Вселенной становились более разнообразными.
Реликтовое излучение, например, упало с 10 000 кельвинов до современных 2,75 кельвинов. Схлопывающиеся газовые облака образовывали звезды, которые нагревались, когда в их недрах начинали происходить ядерные реакции.
Что вызывает изменение температуры во Вселенной?
Температура реликтового излучения снизилась по мере его расширения, поскольку в процессе расширения длина волны фотонов в реликтовом излучении увеличивается.
Более длинные волны связаны с меньшей энергией и, следовательно, с более низкой температурой.
Но этот же процесс расширения создал новый источник тепла за счет действия гравитационных сил.
Температура космического микроволнового фона может помочь определить, как температура изменялась во Вселенной с течением времени. Центр космических полетов имени Годара НАСА/Научная группа COBE
«По мере развития Вселенной гравитация стягивает темную материю и газ в космосе вместе в галактики и скопления галактик», — И-Куан Чанг, первый автор исследования горячего газа и Об этом говорится в заявлении научного сотрудника Центра космологии и физики астрочастиц Университета штата Огайо.
«Тяга сильная — настолько сильная, что все больше и больше газа сотрясается и нагревается», — говорит он.
Исследователи полагают, что этот процесс был ответственен за в три раза превышает среднюю температуру горячих газов во Вселенной за последние 8 миллиардов лет.