Вселенная размеры: Размеры Вселенной – Статьи на сайте Четыре глаза |

Содержание

Прошло много лет, но теперь мы знаем размеры Вселенной

Масштабы космоса сложно представить и еще сложнее — точно определить. Но благодаря гениальным догадками физиков, мы думаем, что хорошо представляем, насколько велик космос. «Давайте прогуляемся по Вселенной», — такое приглашение сделал американский астроном Харлоу Шепли перед аудиторией в Вашингтоне, округ Колумбия, в 1920 году. Он принимал участие в так называемой Большой Дискуссии, посвященной масштабам Вселенной, вместе с коллегой Хибером Кертисом.

Неужели Вселенная не безгранична?

Шепли полагал, что наша галактика Млечный Путь была 300 000 световых лет в поперечнике. Это в три раза больше, чем думают сейчас, но для того времени измерения были вполне неплохие. В частности, он рассчитал в целом правильные пропорциональные расстояния в пределах Млечного Пути — положение нашего Солнца относительно центра галактики, к примеру.

В начале 20 века, впрочем, 300 000 световых лет казались многим современникам Шепли каким-то абсурдно большим числом. А мысль о том, что другие спиральные галактики вроде Млечного Пути — которые были видны в телескопы — были такими же большими, вообще не принимали всерьез. Да и сам Шепли считал, что Млечный Путь должен быть особенным. «Даже если спирали представлены звездами, они не сравнимы по размеру с нашей звездной системой», говорил он своим слушателям.

Кертис не согласился. Он думал, и это было правильно, что во Вселенной было много других галактик, разбросанных подобно нашей. Но его отправной точкой было допущение, что Млечный Путь был намного меньше, чем подсчитал Шепли. По расчетам Кертиса, Млечный Путь был всего 30 000 световых лет в диаметре — или в три раза меньше, чем показывают современные расчеты.

В три раза больше, в три раза меньше — речь идет о таких огромных расстояниях, что вполне понятно, что астрономы, размышлявшие на эту тему сто лет назад, могли так ошибаться.

Содержание

1 Какого размера Млечный Путь?
2 Как измеряют размеры в космосе
3 Что такое цефеиды
4 Какого размера Вселенная
5 Когда родилась Вселенная

Какого размера Млечный Путь?

Это наша галактика Млечный путь

Сегодня мы достаточно уверены, что Млечный Путь где-то между 100 000 и 150 000 световым годами в поперечнике. Наблюдаемая Вселенная, конечно, намнооооооого больше. Полагают, что ее диаметр составляет 93 миллиарда световых лет. Но с чего такая уверенность? Как вообще можно измерить что-то такое с Земли?

С тех пор, как Коперник заявил, что Земля не является центром Солнечной системы, мы всегда с трудом переписывали наши представления о том, чем является Вселенной — и особенно насколько большой она может быть. Даже сегодня, как мы увидим, мы собираем новые свидетельства касательно того, что целая Вселенная может быть гораздо больше, чем мы думали недавно.

Кейтлин Кейси, астроном из Университета штата Техас в Остине, изучает Вселенную. Она говорит, что астрономы разработали набор хитроумных инструментов и систем измерения, чтобы подсчитать не только расстояние от Земли до других тел в нашей Солнечной системе, но и пропасти между галактиками и даже до самого конца наблюдаемой Вселенной.

Шаги к измерению всего этого проходят через шкалу расстояний в астрономии. Первая ступень этой шкалы довольно проста и в наши дни полагается на современные технологии.

«Мы можем просто отразить радиоволны от ближайших планет в Солнечной системе, вроде Венеры и Марса, и измерить время, которое понадобится этим волнам, чтоб вернуться на Землю, — говорит Кейси. — Измерения, таким образом, будут очень точными».

Большие радиотелескопы вроде Аресибо в Пуэрто-Рико могут делать эту работу — но они также способны на большее. Аресибо, например, может обнаруживать астероиды, летающие вокруг нашей Солнечной системы и даже создавать их изображения, в зависимости от того, как радиоволны отражаются от поверхности астероида.

Но использовать радиоволны для измерения расстояний за пределами нашей Солнечной системы непрактично. Следующая ступень в этой космической шкале — это измерение параллакса. Мы делаем это постоянно, даже не осознавая. Люди, как и многие животные, интуитивно понимают расстояние между собой и объектами, благодаря тому, что у нас есть два глаза.

Как измеряют размеры в космосе

Если вы держите объект перед собой — руку, например — и смотрите на него одним открытым глазом, а затем переключаетесь на другой глаз, вы видите, как ваша рука слегка сдвигается. Это называется параллаксом. Разницу между этими двумя наблюдениями можно использовать для определения расстояния до объекта.

Наш мозг делает это естественным образом с информацией из обоих глаз, и астрономы делают то же самое с ближайшими звездами, только используют другие органы чувств: телескопы.

Представьте, что в космосе плавает два глаза, по обе стороны от нашего Солнца. Благодаря орбите Земли, у нас имеются эти глаза, и мы можем наблюдать смещение звезд относительно объектов на фоне, используя этот метод.

«Мы измеряем положение звезд в небе, скажем, в январе, а потом ждем шесть месяцев и измеряем положение тех же звезд в июле, когда оказываемся по другую сторону Солнца», говорит Кейси.

Тем не менее есть порог, за которым объекты уже так далеки — около 100 световых лет — что наблюдаемое смещение слишком малое, чтобы обеспечить полезный расчет. На этом расстоянии мы все еще будем далеки от края нашей собственной галактики.

Следующий шаг — установка по главной последовательности. Он опирается на наше знание того, как звезды определенного размера — известные как звезды главной последовательности — развиваются с течением времени.

Во-первых, они меняют цвет, с возрастом становясь краснее. Точно измеряя их цвет и яркость, а после сравнивая это с тем, что известно о расстоянии до звезд главной последовательности, которые измеряются методом тригонометрического параллакса, мы можем оценить положение этих, более далеких звезд.

Принцип, который лежит в основе этих вычислений, заключается в том, что звезды одной массы и возраста будут казаться нам одинаково яркими, если бы находились на одном расстоянии от нас. Но поскольку зачастую это не так, мы можем использовать разницу в измерениях, чтобы выяснить, как далеки они на самом деле.

Наблюдаемую Вселенную проще всего представить в виде сферы, за пределами которой находится неизвестность. На изображении наблюдаемая Вселенная в логарифмическом масштабе

Звезды главной последовательности, которые используются для этого анализа, считаются одним из типов «стандартных свечей» — тел, величину которых (или яркость) мы можем посчитать математически. Эти свечи разбросаны по всему космосу и предсказуемо освещают Вселенную. Но звезды главной последовательности не единственные примеры.

Это понимание того, как яркость связана с расстоянием, позволяет нам понимать расстояния до еще более далеких объектов — вроде звезд в других галактиках. Подход как с основной последовательностью уже не будет работать, потому что свет этих звезд — которые в миллионах световых лет от нас, если не больше — трудно точно проанализировать.

Что такое цефеиды

Но в 1908 году ученый по имени Генриетта Суон Ливитт из Гарварда осуществила фантастическое открытие, которое помогло нам измерить и эти колоссальные расстояния. Суон Ливитт поняла, что существует особый класс звезд — цефеиды.

«Она заметила, что определенный тип звезды меняет свою яркость с течением временем, и это изменение яркости, в пульсации этих звезд, напрямую связано с тем, насколько они яркие по своей природе», говорит Кейси.

Другими словами, более яркая звезда класса цефеид будет «пульсировать» медленнее (в течение многих дней), чем более тусклая цефеида. Поскольку астрономы могут весьма просто измерить пульс цефеиды, они могут сказать, насколько яркая звезда. Затем, наблюдая за тем, насколько яркой она кажется нам, они могут рассчитать расстояние до нее.

Этот принцип аналогичен подходу с главной последовательностью в том смысле, что ключевой является яркость. Однако важно то, что расстояние можно измерить различными способами. И чем больше способов измерения расстояний у нас есть, тем лучше мы можем понять истинный масштаб наших космических задворок.

Именно открытие таких звезд в нашей собственной галактике убедило Харлоу Шепли в ее большом размере. В начале 1920-х годов Эдвин Хаббл обнаружил цефеиды в ближайшей к нам галактике Андромеды и заключил, что она всего в миллионе световых лет от нас.

Какого размера Вселенная

Сегодня, по нашим лучшим оценкам, эта галактика в 2,54 миллиона световых лет от нас. Стало быть, Хаббл ошибался. Но это нисколько не умаляет его заслуг. Потому что мы до сих пор пытаемся рассчитать расстояние до Андромеды. 2,54 миллиона лет — это число, по сути, является результатом относительно недавних расчетов.

Даже сейчас масштаб Вселенной сложно представить. Мы можем его оценивать, и очень хорошо, но, по правде говоря, точно вычислить расстояния между галактиками очень трудно. Вселенная невероятно большая. И нашей галактикой не ограничена.

Хаббл также измерил яркость взрывающихся белых карликов — сверхновых типа 1А. Их можно увидеть в довольно далеких галактиках, за миллиарды световых лет от нас. Поскольку яркость эти вычислений можно рассчитать, мы можем определить, насколько они далеки, как мы это сделали с цефеидами. Сверхновые типа 1А и цефеиды — примеры того, что астрономы называют стандартными свечами.

Есть еще одна особенность Вселенной, которая может помочь нам измерить действительно большие расстояния. Это красное смещение.

Если сирена кареты скорой помощи или полицейского автомобиля когда-нибудь проносилась мимо вас, вы знакомы с эффектом Доплера. Когда скорая приближается, сирена звучит пронзительнее, а когда удаляется, сирена снова стихает.

То же самое происходит с волнами света, только в мелких масштабах. Мы можем зафиксировать это изменение, анализируя спектр света удаленных тел. В этом спектре будут темные линии, поскольку отдельные цвета поглощаются элементами в источнике света и вокруг него — поверхности звезд, например.

Чем дальше объекты от нас, тем дальше в сторону красного конца спектра будут смещаться эти линии. И это не только потому что объекты далеки от нас, а потому что они еще и удаляются от нас с течением времени, благодаря расширению Вселенной. И наблюдение красного смещения света далеких галактик, собственно, предоставляет нам доказательство того, что Вселенная действительно расширяется.

Картик Шет, ученый NASA, предлагает такую аналогию: разместить точки на поверхности воздушного шара — каждая из которых будет представлять галактику — и затем надуть шар. По мере расширения резины, расстояние между точками на поверхности увеличивается. «Пока Вселенная расширяется, каждая галактика удаляется от других. Обычно волна должна быть такой же частоты, на которой она была излучена, но теперь пространство-время само растянулось, поэтому волна стала казаться длиннее».

Чем быстрее галактика удаляется от нас, тем дальше она должна быть — и тем больше красного смещения мы сможем обнаружить в свете, получив его на Земле. Опять же, именно Эдвин Хаббл открыл пропорциональную связь между его цефеидами в далеких галактиках и тем, сколько света из этих галактик прошло через красное смещение.

А теперь ключ нашей головоломки. Самое сильное красное смещение света, которое мы можем обнаружить в наблюдаемой Вселенной, показывает, что свет шел к нам из галактик, которым 13,8 миллиарда лет.

Поскольку это самый старый свет, который мы обнаружили, он также позволяет нам измерить возраст самой Вселенной.

Когда родилась Вселенная

Вселенная, которую мы в настоящее время видим, состоит из скоплений газа и пыли, звезд, черных дыр и галактик

Но в течение последних 13,8 миллиарда лет Вселенная постоянно расширялась — и поначалу делала это очень быстро. Принимая это во внимание, астрономы пришли к выводу, что галактики на краю наблюдаемой Вселенной, свет которых шел к нам 13,8 миллиарда лет, должны быть в 46,5 миллиардах световых лет от нас.

Это радиус наблюдаемой Вселенной. Умножьте его и получите диаметр: 93 миллиарда световых лет. Это число опирается на множество других измерений и научных изысканий, и это кульминация столетий работы. Но как говорит Кейси, оценка немного грубовата.

С одной стороны, учитывая сложность некоторых самых старых галактик, что мы можем обнаружить, непонятно, как они смогли образоваться так быстро после Большого Взрыва. Возможно, некоторые наши расчеты неправильны.

«Если одна из ступеней шкалы астрономических расстояний ошибается на 10%, тогда и другие ошибаются, поскольку они опираются друг на друга», говорит Кейси.

Все становится еще сложнее, когда мы пытаемся задумываться о Вселенной, которая лежит за пределами наблюдаемого. О «целой» Вселенной. В зависимости от того, какая теория больше вам по душе, целая Вселенная может быть конечна или бесконечна.

Недавно Мигран Варданян и его коллеги из Оксфордского университета в Великобритании проанализировали известные данные об объектах в наблюдаемой Вселенной, чтобы увидеть, что можно извлечь из этих знаний о форме целой Вселенной. Результаты привели к новым оценкам: целая Вселенная в 250 раз больше наблюдаемой.

Мы никогда не сможем увидеть эти далекие области. Но наблюдаемой Вселенной хватит большинству из нас. Для ученых вроде Кейси и Шета она бесконечно удивительна.

«Все, что мы узнали о Вселенной — о том, насколько она большая, насколько удивительны объекты в ней — мы сделали просто собрав эти фотоны света, которые прошли миллионы и миллионы световых лет, чтобы попасть в наши детекторы и камеры и умереть», говорит Шет.
«Это унизительно, — говорит Кейси. — Астрономия научила нас, что мы не в центре Вселенной, мы даже не в центре нашей Солнечной системы или галактики».

Однажды мы заберемся так далеко во Вселенную, что и представить трудно. Пока что мы можем только смотреть. Но и просто смотреть можно бесконечно далеко.

Вселенная, размеры и масштабы, строение, структура и расширение, звездные законы и история изучения, чудеса и бесконечность, карта и модель

Что мы знаем о мироздании, каков космос? Вселенная – это трудно постижимый человеческим разумом безграничный мир, который кажется нереальным и нематериальным. На самом деле нас окружает материя, безграничная в пространстве и во времени, способная принимать различные формы. Чтобы попытаться понять истинные масштабы космического пространства, как устроена Вселенная, строение мироздания и процессы эволюции, нам потребуется переступить порог собственного мироощущения, взглянуть на окружающий нас мир под другим ракурсом, изнутри.

Взгляд на бескрайние просторы космоса с Земли

Образование Вселенной: первые шаги

Космос, который мы наблюдаем в телескопы, является только частью звездной Вселенной, так называемой Мегагалактикой. Параметры космологического горизонта Хаббла колоссальные – 15-20 млрд. световых лет. Эти данные приблизительны, так как в процессе эволюции Вселенная постоянно расширяется. Расширение Вселенной происходит путем распространения химических элементов и реликтового излучения. Структура Вселенной постоянно меняется. В пространстве возникают скопления галактик, объекты и тела Вселенной – это миллиарды звезд, формирующие элементы ближнего космоса – звездные системы с планетами и со спутниками.

А где начало? Как появилась Вселенная? Предположительно возраст Вселенной составляет 20 млрд. лет. Возможно, источником космической материи стало горячее и плотное протовещество, скопление которого в определенный момент взорвалось. Образовавшиеся в результате взрыва мельчайшие частицы разлетелись во все стороны, и продолжают удаляться от эпицентра в наше время. Теория Большого взрыва, которая сейчас доминирует в научных кругах, наиболее точно подходит под описания процесса образования Вселенной. Возникшее в результате космического катаклизма вещество представляло собой разнородную массу, состоящую из мельчайших неустойчивых частиц, которые сталкиваясь и разлетаясь, стали взаимодействовать друг с другом.

Большой взрыв – теория возникновения Вселенной, объясняющая ее образование. Согласно этой теории изначально существовало некоторое количество вещества, которое в результате определенных процессов взорвалось с колоссальной силой, разбросав в окружающее пространство массу матери.

Спустя некоторое время, по космическим меркам – мгновение, по земному летоисчислению – миллионы лет, наступил этап материализации пространства. Из чего состоит Вселенная? Рассеянное вещество стало концентрироваться в сгустки, большие и малые, на месте которых впоследствии стали возникать первые элементы Вселенной, огромные газовые массивы – ясли будущих звезд. В большинстве случаев процесс формирования материальных объектов во Вселенной объясняется законами физики и термодинамики, однако существует ряд моментов, которые пока не поддаются объяснению. К примеру, почему в одной части пространства расширяющееся вещество концентрируется больше, тогда как в другой части мироздания материя сильно разрежена. Ответы на эти вопросы можно будет получить только тогда, когда станет понятен механизм образования космических объектов, больших и малых.

Сейчас же процесс образования Вселенной объясняется действием законов Вселенной. Гравитационная нестабильность и энергия в разных участках запустили процессы формирования протозвезд, которые в свою очередь под воздействием центробежных сил и гравитации образовали галактики. Другими словами, в то время как материя продолжала и продолжает расширяться, под воздействием сил тяготения начались процессы сжатия. Частицы газовых облаков стали концентрироваться вокруг мнимого центра, образуя в итоге новое уплотнение. Строительным материалом в этой гигантской стройке является молекулярный водород и гелий.

Химические элементы Вселенной – первичный строительный материал, из которого шло впоследствии формирование объектов Вселенной

Дальше начинает действовать закон термодинамики, приводятся в действие процессы распада и ионизации. Молекулы водорода и гелия распадаются на атомы, из которых под действием сил гравитации формируется ядро протозвезды. Эти процессы являются законами Вселенной и приняли форму цепной реакции, происходят во всех далеких уголках Вселенной, заполнив мироздание миллиардами, сотнями миллиардов звезд.

Эволюция Вселенной: основные моменты

На сегодняшний день в научных кругах бытует гипотеза о цикличности состояний, из которых соткана история Вселенной. Возникнув в результате взрыва протовещества скопления газа, стали яслями для звезд, которые в свою очередь сформировали многочисленные галактики. Однако достигнув определенной фазы, материя во Вселенной начинает стремиться к своему изначальному, концентрированному состоянию, т.е. за взрывом и последующим расширением вещества в пространстве следует сжатие и возврат к сверхплотному состоянию, к исходной точке. Впоследствии все повторяется, за рождением следует финал и так на протяжении многих миллиардов лет, до бесконечности.

Начало и конец мироздания в соответствии с цикличностью эволюции Вселенной

Однако опустив тему образования Вселенной, которая остается открытым вопросом, следует перейти к строению мироздания. Еще в 30-е годы XX века стало ясно, что космическое пространство поделено на районы – галактики, которые являются огромными образованиями, каждое со своим звездным населением. При этом галактики не являются статическими объектами. Скорость разлета галактик от мнимого центра Вселенной постоянно меняется, о чем свидетельствует сближение одних и удаление других друг от друга.

Все перечисленные процессы с точки зрения продолжительности земной жизни длятся очень медленно. С точки зрения науки и этих гипотез – все эволюционные процессы происходят стремительно. Условно эволюцию Вселенной можно разделить на четыре этапа – эры:

адронная эра;
лептонная эра;
фотонная эра;
звездная эра.

Космическая шкала времени и эволюции Вселенной, в соответствии с которой можно объяснить появление космических объектов

На первом этапе все вещество было сконцентрировано в одной большой ядерной капле, состоящей из частиц и античастиц, объединенных в группы – адроны (протоны и нейтроны). Соотношение частиц и античастиц составляет примерно 1:1,1. Далее наступает процесс аннигиляции частиц и античастиц. Оставшиеся протоны и нейтроны являются тем строительным материалом, из которого формируется Вселенная. Продолжительность адронной эры ничтожна, всего 0,0001 секунды – период взрывной реакции.

Далее, спустя 100 секунд, начинается процесс синтеза элементов. При температуре миллиард градусов в процессе ядерного синтеза образуются молекулы водорода и гелия. Все это время вещество продолжает расширяться в пространстве.

С этого момента начинается длительный, от 300 тыс. до 700 тыс. лет, этап рекомбинации ядер и электронов, формирующих атомы водорода и гелия. При этом наблюдается снижение температуры вещества, падает интенсивность излучения. Вселенная становится прозрачной. Образовавшийся в колоссальных количествах водород и гелий под действием сил гравитации превращает первичную Вселенную в гигантскую строительную площадку. Через миллионы лет начинается звездная эра – представляющая собой процесс образования протозвезд и первых протогалактик.

Такое деление эволюции на этапы вписывается в модель горячей Вселенной, которая объясняет многие процессы. Истинные причины Большого взрыва, механизм расширения материи остаются необъяснимыми.

Строение и структура Вселенной

С образования водородного газа начинается звездная эра эволюции Вселенной. Водород под действием гравитации скапливается в огромные скопления, сгустки. Масса и плотность таких скоплений колоссальны, в сотни тысяч раз превышают массу самой сформировавшейся галактики. Неравномерное распределение водорода, наблюдавшееся на начальной стадии формирования мироздания, объясняет различия в размерах образовавшихся галактик. Там, где должно было существовать максимальное скопление водородного газа, образовались мегагалактики. Где концентрация водорода была незначительной, появились галактики меньших размеров, подобные нашему звездному дому – Млечному Пути.

Версия, в соответствии с которой Вселенная представляет собой точку начала-конца, вокруг которой вращаются галактики на разных этапах развития

С этого момента Вселенная получает первые образования с четкими границами и физическими параметрами. Это уже не туманности, скопления звездного газа и космической пыли (продукты взрыва), протоскопления звездной материи. Это звездные страны, площадь которых огромна с точки зрения человеческого разума. Вселенная становится полна интересных космических феноменов.

С точки зрения научных обоснований и современной модели Вселенной, сначала формировались галактики в результате действия гравитационных сил. Происходило превращение материи в колоссальный вселенский водоворот. Центростремительные процессы обеспечили последующую фрагментацию газовых облаков в скопления, которые стали местом рождения первых звезд. Протогалактики с быстрым периодом вращения превратились со временем в спиральные галактики. Там, где вращение было медленным, и в основном наблюдался процесс сжатия вещества, образовались неправильные галактик, чаще эллиптические. На этом фоне во Вселенной происходили более грандиозные процессы – формирование сверхскоплений галактик, которые тесно соприкасаются своими краями друг с другом.

Сверхскопления – это многочисленные группы галактик и скоплений галактик в составе крупномасштабной структуры Вселенной. В пределах 1 млрд св. лет находится около 100 сверхскоплений

С этого момента стало ясно, что Вселенная представляет собой огромную карту, где континентами являются скопления галактик, а странами – мегагалактики и галактики, образовавшиеся миллиарды лет назад. Каждое из образований состоит из скопления звезд, туманностей, скоплений межзвездного газа и пыли. Однако все это население составляет лишь 1% от общего объема вселенских образований. Основную массу и объем галактик занимает темная материя, природу которой выяснить не представляется возможным.

Разнообразие Вселенной: классы галактик

Стараниями американского ученого астрофизика Эдвина Хаббла мы теперь имеем границы Вселенной и четкую классификацию галактик, населяющих ее. В основу классификации легли особенности структуры этих гигантских образований. Почему галактики имеют разную форму? Ответ на этот и многие другие вопросы дает классификация Хаббла, в соответствии с которой Вселенная состоит из галактик следующих классов:

спиральные;
эллиптические;
иррегулярные галактики.

К первым относятся наиболее распространенные образования, которыми заполнено мироздание. Характерными чертами спиральных галактик является наличие четко выраженной спирали, которая вращается вокруг яркого ядра либо стремится к галактической перемычке. Спиральные галактики с ядром обозначаются символами S, тогда как у объектов с центральной перемычкой обозначение уже SB. К этому классу относится и наша галактика Млечный Путь, в центре которой ядро разделено светящейся перемычкой.

Типичная спиральная галактика. В центре отчетливо видны ядро с перемычкой от концов которой исходят спиральные рукава.

Подобные образования разбросаны по Вселенной. Ближайшая к нам спиральная галактика Андромеда – гигант, который стремительно сближается с Млечным Путем. Наибольшей из известных нам представительниц этого класса является гигантская галактика NGC 6872. Диаметр галактического диска этого монстра составляет примерно 522 тысячи световых лет. Находится этот объект на расстоянии от нашей галактики в 212 млн. световых лет.

Следующим, распространенным классом галактических образований являются эллиптические галактики. Их обозначение в соответствии с классификацией Хаббла буква Е (elliptical). По форме эти образования эллипсоиды. Несмотря на то, что подобных объектов во Вселенной достаточно много, эллиптические галактики не отличатся выразительностью. Состоят они в основном из гладких эллипсов, которые наполнены звездными скоплениями. В отличие от галактических спиралей, эллипсы не содержат скоплений межзвездного газа и космической пыли, которые являются основными оптическими эффектами визуализации подобных объектов.

Типичный представитель этого класса, известный на сегодняшний день – эллиптическая кольцевая туманность в созвездии Лиры. Этот объект расположен от Земли на расстоянии 2100 световых лет.

Вид эллиптической галактики Центавр А в телескоп CFHT

Последний класс галактических объектов, которыми населена Вселенная – иррегулярные или неправильные галактики. Обозначение по классификации Хаббла – латинский символ I. Основная черта – это неправильная форма. Другими словами у подобных объектов нет четких симметричных форм и характерного рисунка. По своей форме такая галактика напоминает картину вселенского хаоса, где звездные скопления чередуются с облаками газа и космической пыли. В масштабах Вселенной иррегулярные галактики – явление частое.

В свою очередь неправильные галактики делятся на два подтипа:

иррегулярные галактики I подтипа имеют сложную неправильной формы структуру, высокую плотную поверхность, отличающуюся яркостью. Нередко такая хаотическая форма неправильных галактик является следствием разрушившихся спиралей. Типичный пример подобной галактики – Большое и Малое Магелланово Облако;
иррегулярные, неправильные галактики II подтипа имеют низкую поверхность, хаотическую форму и не отличаются высокой яркостью. Вследствие снижения яркости, подобные образования трудно обнаружить на просторах Вселенной.

Большое Магелланово Облако является самой ближайшей к нам неправильной галактикой. Оба образования в свою очередь являются спутниками Млечного Пути и могут быть в скором времени(через 1-2 млрд. лет) поглощены более крупным объектом.

Неправильная галактика Большое Магелланово облако – спутник нашей галактики Млечный Путь

Несмотря на то, что Эдвин Хаббл достаточно точно расставил галактики по классам, данная классификация не является идеальной. Больше результатов мы могли бы достичь, включи в процесс познания Вселенной теорию относительности Эйнштейна. Вселенная представлена богатством разнообразных форм и структур, каждая из которых имеет свои характерные свойства и особенности. Недавно астрономы сумели обнаружить новые галактические образования, которые по описанию являются промежуточными объектами, между спиральными и эллиптическими галактиками.

Млечный Путь – самая известная нам часть Вселенной

Две спиральные ветви, симметрично расположенные вокруг центра, составляют основное тело галактики. Спирали в свою очередь состоят из рукавов, которые плавно перетекают друг в друга. На стыке рукавов Стрельца и Лебедя расположилось наше Солнце, находящееся от центра галактики Млечный Путь на расстоянии 2,62·10¹⁷км. Спирали и рукава спиральных галактик – это скопления звезд, плотность которых увеличивается по мере приближения к галактическому центру. Остальную массу и объем галактических спиралей составляет темная материя, и только малая часть приходится на межзвездный газ и космическую пыль.

Положение Солнца в рукавах Млечного Пути, место нашей галактики во Вселенной

Толщина спиралей составляет примерно 2 тыс. световых лет. Весь это слоеный пирог находится в постоянном движении, вращаясь с огромной скоростью 200-300 км/с. Чем ближе к центру галактики, тем выше скорость вращения. Солнцу и нашей Солнечной системе потребуется 250 млн. лет, чтобы совершить полный оборот вокруг центра Млечного Пути.

Наша галактика состоит из триллиона звезд, больших и малых, сверхтяжелых и средней величины. Самое плотное скопление звезд Млечного Пути – рукав Стрельца. Именно в этой области наблюдается максимальная яркость нашей галактики. Противоположная часть галактического круга наоборот, менее яркая и плохо различима при визуальном наблюдении.

Центральная часть Млечного Пути представлена ядром, размеры которого предположительно составляют 1000-2000 парсек. В этой самой яркой области галактики сосредоточено максимальное количество звезд, которые имеют различные классы, свои пути развития и эволюции. В основном это старые сверхтяжелые звезды, находящиеся на финальной стадии Главной последовательности. Подтверждением наличия стареющего центра галактики Млечный Путь является наличие в этой области большого числа нейтронных звезд и черные дыры. Действительно – центр спирального диска любой спиральной галактики – сверхмассивная черная дыра, которая словно гигантский пылесос всасывает в себя небесные объекты и реальную материю.

Сверхмассивная черная дыра, находящаяся в центральной части Млечного Пути – место гибели всех галактических объектов

Что касается звездных скоплений, то ученым сегодня удалось классифицировать два вида скоплений: шарообразные и рассеянные. Помимо звездных скоплений спирали и рукава Млечного Пути, как и любой другой спиральной галактики, состоят из рассеянной материи и темной энергии. Являясь последствием Большого взрыва, материя пребывает в сильно разреженном состоянии, которое представлено разреженным межзвездным газом и частицами пыли. Видимая часть материи представляет собой туманности, которые в свою очередь делятся на два типа: планетарные и диффузные туманности. Видимая часть спектра туманностей объясняется преломлением света звезд, которые излучают свет внутри спирали по всем направлениями.

В этом космическом супе и существует наша Солнечная система. Нет, мы не единственные в этом огромном мире. Как и у Солнца, многие звезды имеют свои планетарные системы. Весь вопрос в том, как обнаружить далекие планеты, если расстояния даже в пределах нашей галактики превышают продолжительность существования любой разумной цивилизации. Время во Вселенной измеряется другими критериями. Планеты со своими спутниками, самые мелкие объекты во Вселенной. Количество подобных объектов не поддается исчислению. Каждая из тех звезд, которые находятся в видимом диапазоне, могут иметь собственные звездные системы. В наших силах увидеть только самые ближайшие к нам существующие планеты. Что происходит по соседству, какие миры существуют в других рукавах Млечного Пути и какие планеты существуют в других галактиках, остается загадкой.

Kepler-16 b — экзопланета у двойной звезды Kepler-16 в созвездии Лебедь

Заключение

Имея только поверхностное представление о том, как появилась и как эволюционирует Вселенная, человек сделал лишь маленький шаг на пути постижения и осмысливания масштабов мироздания. Грандиозные размеры и масштабы, с которыми ученым приходится сегодня иметь дело, говорят о том, что человеческая цивилизация – лишь мгновение в этом пучке материи, пространства и времени.

Модель Вселенной в соответствии с понятием присутствия материи в пространстве с учетом времени

Изучение Вселенной идет от Коперника и до наших дней. Сначала ученые отталкивались от гелиоцентрической модели. На деле оказалось, что космос не имеет реального центра и все вращение, движение и перемещение происходит по законам Вселенной. Несмотря на то, что существует научное объяснение происходящим процессам, вселенские объекты распределены на классы, виды и типы, ни одно тело в космосе не похоже на другое. Размеры небесных тел примерны, так же как и их масса. Расположение галактик, звезд и планет условно. Все дело в том, что во Вселенной нет системы координат. Наблюдая за космосом, мы делаем проекцию на весь видимый горизонт, считая нашу Землю нулевой точкой отсчета. На самом деле мы только микроскопическая частичка, затерявшаяся в бесконечных просторах Вселенной.

Вселенная – это субстанция, в которой все объекты существуют в тесной привязке к пространству и времени

Аналогично привязки к размерам, следует рассматривать время во Вселенной, как главную составляющую. Зарождение и возраст космических объектов позволяет составить картину рождения мира, выделить этапы эволюции мироздания. Система, с которой мы имеем дело, тесно связана временными рамками. Все процессы, протекающие в космосе, имеют циклы – начало, формирование, трансформацию и финал, сопровождающийся гибелью материального объекта и перехода материи в другое состояние.

Нас еще не уничтожили, поэтому другие измерения, вероятно, очень маленькие | Умные новости

Рентген: NASA/CXC/PSU/L.Townsley et al; Оптика: УКИРТ; Инфракрасный: NASA/JPL-Caltech)

Мир, каким мы его знаем, имеет три пространственных измерения — длину, ширину и глубину — и одно временное измерение. Но есть невероятная вероятность того, что там существует гораздо больше измерений. Согласно теории струн, одной из ведущих физических моделей последних пятидесяти лет, Вселенная оперирует 10 измерениями. Но возникает большой вопрос: если есть 10 измерений, то почему мы не ощущаем их все или не обнаруживаем? Лиза Гроссман из ScienceNews сообщает, что новая статья предлагает ответ, показывающий, что эти измерения настолько малы и настолько мимолетны, что мы в настоящее время не можем их обнаружить.

Трудно полностью объяснить математику, лежащую в основе теории струн, без проведения одного-двух семинаров для выпускников, но, по сути, измерения с пятого по десятое связаны с возможностью и включают в себя все возможные варианты будущего и все возможные прошлые, включая реальности с совершенно другой физикой, чем те, что в нашей вселенной.

Если два протона столкнутся друг с другом на достаточно высокой скорости, у них появится возможность создать крошечную черную дыру, которая будет существовать всего доли секунды, прежде чем исчезнет, согласно новому исследованию, не прошедшему рецензирование. на сервере препринтов arXiv.org. Столкновение откроет небольшой пузырь межпространственного пространства, где законы физики отличаются от наших, что приведет к событию, известному как распад вакуума. В квантовой физике распад вакуума подразумевает, что если бы межпространственное пространство было достаточно большим, мы были бы поджарены. С достаточной гравитацией, чтобы взаимодействовать с нашим миром, недавно сформированный «Космический Пузырь Смерти» будет расти со скоростью света, быстро изменять физику нашей Вселенной, делать ее непригодной для жизни и эффективно уничтожать нас.

«Если вы стоите поблизости, когда пузырь начинает расширяться, вы не видите, как он приближается», — говорит Гроссману соавтор исследования, физик Кэти Мак из Университета штата Северная Каролина. «Если это идет на вас снизу, ваши ноги перестают существовать до того, как ваш разум это осознает».

Космические лучи сверхвысоких энергий постоянно сталкиваются друг с другом, обладая достаточной энергией, чтобы запустить этот процесс. Исследователи обнаружили, что если бы дополнительные измерения были достаточно большими, чтобы позволить образоваться пузырю смерти, это произошло бы уже тысячи раз. Тот факт, что мы все еще существуем, является одним из косвенных доказательств того, что другие измерения очень малы. Команда подсчитала, что они должны быть меньше 16 нанометров, слишком малы, чтобы их гравитация могла сильно влиять на наш мир, и в сотни раз меньше, чем предыдущие расчеты, сообщает Гроссман.

Новое исследование следует за другим исследованием дополнительных измерений, опубликованным в Журнале космологии и физики астрочастиц, опубликованном в июле. Мара Джонсон-Гро из LiveScience сообщает, что один из главных вопросов в физике заключается в том, почему расширение Вселенной ускоряется. Одна из теорий состоит в том, что гравитация просачивается из нашей вселенной в другие измерения. Чтобы проверить эту идею, исследователи изучили данные недавно открытых гравитационных волн. Если бы наша Вселенная пропускала гравитацию через эти другие измерения, рассуждали исследователи, то гравитационные волны были бы слабее, чем ожидалось, после путешествия по вселенной.

Но исследователи обнаружили, что они не потеряли энергию в своем долгом путешествии, а это означает, что другие измерения либо не существуют, либо настолько малы, что не слишком сильно влияют на гравитацию, если вообще влияют.

«Общая теория относительности говорит, что гравитация должна работать в трех измерениях, и [результаты] показывают, что именно это мы и видим», — говорит Джонсон-Гро физик Крис Пардо из Принстона, ведущий автор июльского исследования. В последнем исследовании также делается вывод о том, что размер дополнительных измерений настолько мал, что исключает многие теории о утечке гравитации из нашей Вселенной.

Космолог Ян Мосс из Университета Ньюкасла в Англии говорит Гроссману, что последняя статья тщательна, и он не видит каких-либо вопиющих недостатков, но все еще слишком много неизвестных, чтобы утверждать, что предел в 16 нанометров определен.

Рекомендуемые видео

Вселенная 10 измерений

Теория суперструн утверждает, что Вселенная существует сразу в 10 измерениях. Предоставлено: Национальный технологический институт Тиручираппалли.

Когда кто-то упоминает «другие измерения», мы склонны думать о таких вещах, как параллельные вселенные — альтернативные реальности, существующие параллельно нашей, но в которых все работает или происходит по-другому. Однако реальность измерений и то, как они играют роль в упорядочении нашей Вселенной, на самом деле сильно отличается от этой популярной характеристики.

Если разобраться, измерения — это просто разные грани того, что мы воспринимаем как реальность. Мы сразу же осознаем три измерения, которые окружают нас ежедневно — те, которые определяют длину, ширину и глубину всех объектов в наших вселенных (оси x, y и z соответственно).

Помимо этих трех видимых измерений, по мнению ученых, может быть еще много других. Фактически, теоретическая основа теории суперструн утверждает, что Вселенная существует в десяти различных измерениях. Эти различные аспекты управляют вселенной, фундаментальными силами природы и всеми содержащимися внутри элементарными частицами.

Первое измерение , как уже отмечалось, определяет его длину (иначе ось x). Хорошим описанием одномерного объекта является прямая линия, которая существует только с точки зрения длины и не имеет других различимых качеств. Добавьте к этому второе измерение , ось Y (или высота), и вы получите объект, который становится двумерной формой (например, квадратом).

Третье измерение включает глубину (ось Z) и придает всем объектам ощущение площади и поперечного сечения. Прекрасным примером этого является куб, который существует в трех измерениях и имеет длину, ширину, глубину и, следовательно, объем. За пределами этих трех лежат семь измерений, которые не очевидны для нас сразу, но которые все же можно воспринимать как оказывающие непосредственное влияние на вселенную и реальность, какими мы ее знаем.

Ученые считают, что четвертое измерение — это время, которое управляет свойствами всей известной материи в любой заданной точке. Наряду с тремя другими измерениями, знание положения объекта во времени необходимо для определения его положения во Вселенной. В других измерениях вступают в игру более глубокие возможности, и объяснить их взаимодействие с другими измерениями становится особенно сложно для физиков.

Хронология Вселенной, начиная с Большого Взрыва. Согласно теории струн, это всего лишь один из многих возможных миров. Кредит: НАСА

Согласно теории суперструн, в пятом и шестом измерениях возникает понятие возможных миров. Если бы мы могли заглянуть в пятое измерение , мы увидели бы мир, немного отличающийся от нашего собственного, что дало бы нам средство измерения сходства и различий между нашим миром и другими возможными мирами.

В шестом мы увидели бы плоскость возможных миров, где мы могли бы сравнить и расположить все возможные вселенные, которые начинаются с тех же начальных условий, что и эта (т. е. Большой Взрыв). Теоретически, если бы вы могли освоить пятое и шестое измерения, вы могли бы путешествовать во времени или попасть в другое будущее.

В седьмом измерении у вас есть доступ к возможным мирам, которые начинаются с разных начальных условий. Если в пятом и шестом начальные условия были одинаковыми, а последующие действия были другими, то здесь все по-другому с самого начала времени. Восьмое измерение снова дает нам плоскость таких возможных вселенских историй, каждая из которых начинается с различных начальных условий и бесконечно разветвляется (поэтому они и называются бесконечностями).

В девятом измерении мы можем сравнить все возможные истории вселенной, начиная со всех возможных законов физики и начальных условий. В десятом и последнем измерении мы приходим к точке, в которой охвачено все возможное и вообразимое. Кроме того, мы, простые смертные, ничего не можем вообразить, что делает это естественным ограничением того, что мы можем представить в терминах измерений.

Существование этих дополнительных шести измерений, которые мы не можем воспринимать, необходимо для теории струн, чтобы в природе была непротиворечивость. Тот факт, что мы можем воспринимать только четыре измерения пространства, можно объяснить одним из двух механизмов: либо дополнительные измерения компактифицируются в очень малом масштабе, либо наш мир может жить на трехмерном подмногообразии, соответствующем бране, на что все известные частицы, кроме гравитации, были бы ограничены (также известная как теория бран).

Существование дополнительных измерений объясняется с помощью многообразия Калаби-Яу, в котором скрыты все внутренние свойства элементарных частиц. 1 кредит

Если дополнительные измерения компактифицированы, то дополнительные шесть измерений должны иметь форму многообразия Калаби-Яу (показанного выше). Будучи незаметными для наших чувств, они с самого начала управляли формированием Вселенной. Вот почему ученые считают, что, заглянув в прошлое, используя телескопы, чтобы увидеть свет из ранней Вселенной (т. е. миллиарды лет назад), они смогут увидеть, как существование этих дополнительных измерений могло повлиять на эволюцию космоса.

Подобно другим кандидатам на теорию великого объединения — также известной как Теория всего (TOE) — вера в то, что Вселенная состоит из десяти измерений (или более, в зависимости от того, какую модель теории струн вы используете), является попыткой примирить стандартную модель физики элементарных частиц с существованием гравитации. Короче говоря, это попытка объяснить, как взаимодействуют все известные силы в нашей вселенной и как могут работать сами другие возможные вселенные.