Vesmír: Veľký tresk teraz v 10 jednoduchých krokoch

Tento umelecký dojem ukazuje galaxie v čase menej ako miliardu rokov po Veľkom tresku, keď bol vesmír stále čiastočne naplnený vodíkovou hmlou, ktorá absorbovala ultrafialové svetlo.

Tento umelecký dojem ukazuje galaxie v čase menej ako miliardu rokov po Veľkom tresku, keď bol vesmír stále čiastočne naplnený vodíkovou hmlou, ktorá absorbovala ultrafialové svetlo. (Obrazový kredit: ESO / M. Kornmesser)

Úvod



Tento extrémne vzdialený protocluster predstavuje skupinu galaxií, ktoré sa formujú veľmi skoro vo vesmíre, asi len miliardu rokov po Veľkom tresku.



Subaru/ P. Capak (SSC/ Caltech)

Široko uznávanou teóriou pôvodu a vývoja nášho vesmíru je model Veľkého tresku, ktorý uvádza, že vesmír začal ako neuveriteľne horúci a hustý bod zhruba pred 13,7 miliardami rokov. Ako sa teda vesmír zmenil z zlomkov palca (niekoľko milimetrov) na súčasný stav?

Tu je rozdelenie Veľkého tresku na 10 ľahko zrozumiteľných krokov.

Vytvorenie vesmíru, ako ho poznáme dnes, trvalo viac ako sedem dní. demokratija.eu sa pozerá na tajomstvá nebies v našej osemdielnej sérii: História a budúcnosť vesmíru. Toto je časť 3 z tejto série.

Krok 1: Ako to všetko začalo



NASA/WMAP

NASA/WMAP

Veľký tresk nebol výbuch vo vesmíre, ako by mohol naznačovať názov teórie. Vedci uviedli, že namiesto toho to bol vzhľad vesmíru kdekoľvek vo vesmíre. Podľa teórie Veľkého tresku sa vesmír zrodil ako veľmi horúci, veľmi hustý, jediný bod v priestore.

Kozmológovia si nie sú istí, čo sa pred týmto okamihom stalo, ale vďaka sofistikovaným vesmírnym misiám, pozemným teleskopom a komplikovaným výpočtom sa vedci snažia vykresliť jasnejší obraz raného vesmíru a jeho vzniku. [Celý príbeh]

Kľúčová časť toho pochádza z pozorovaní kozmického mikrovlnného pozadia, ktoré obsahuje dosvit svetla a žiarenia, ktoré zostali z Veľkého tresku. Táto relikvia Veľkého tresku preniká do vesmíru a je viditeľná mikrovlnnými detektormi, čo umožňuje vedcom zostaviť stopy raného vesmíru.

V roku 2001 NASA spustila misiu Wilkinsonova mikrovlnná anizotropná sonda (WMAP) na skúmanie podmienok, aké existovali v ranom vesmíre, meraním žiarenia z kozmického mikrovlnného pozadia. WMAP okrem iných objavov dokázal určiť aj vek vesmíru - starý asi 13,7 miliardy rokov.

Krok 2: Prvý rastový impulz vesmíru



Hubbleov bod na 500 galaxiách v ranom vesmíre

NASA, ESA a S. Beckwith (STScI) a tím HUDF

Keď bol vesmír veľmi mladý - niečo ako stotina miliardtiny bilióna biliónoviny sekundy (fuj!) - prešiel neuveriteľným rastom. Počas tohto výbuchu expanzie, ktorý je známy ako inflácia, vesmír rástol exponenciálne a zdvojnásobil svoju veľkosť najmenej 90 -krát.

'Vesmír sa rozpínal a ako sa rozširoval, bol chladnejší a menej hustý,' povedal pre SACE.com David Spergel, teoretický astrofyzik z Princetonskej univerzity v Princetone, N. J. [Celý príbeh]

Po inflácii vesmír pokračoval v raste, ale pomalšie. Ako sa priestor rozpínal, vesmír sa ochladzoval a vznikala hmota.

Krok 3: Príliš horúce na to, aby ste svietili



Astronómovia zistili prvú zlomok sekundy vesmíru

NASA/WMAP

Ľahké chemické prvky boli vytvorené počas prvých troch minút od vzniku vesmíru. Ako sa vesmír rozpínal, teploty sa ochladzovali a protóny a neutróny sa zrážali za vzniku deutéria, ktoré je izotopom vodíka. Veľká časť tohto deutéria sa spojila a vznikla hélium.

Prvých 380 000 rokov po Veľkom tresku však intenzívne teplo zo stvorenia vesmíru spôsobilo, že v podstate bolo príliš horúce na to, aby svetlo svietilo. Atómy sa zrútili spolu s dostatočnou silou, aby sa rozpadli na hustú, nepriehľadnú plazmu protónov, neutrónov a elektrónov, ktorá rozptyľovala svetlo ako hmla.

Krok 4: Nech je svetlo

Nová mapa oblohy by mohla pomôcť odhaliť, ako vznikol vesmír

Konzorciá ESA/ LFI a HFI

Asi 380 000 rokov po Veľkom tresku hmota vychladla natoľko, že sa elektróny spojili s jadrami a vytvorili neutrálne atómy. Táto fáza je známa ako „rekombinácia“ a absorpcia voľných elektrónov spôsobila, že vesmír bol transparentný. Svetlo, ktoré sa v tejto dobe uvoľnilo, je dnes detegovateľné vo forme žiarenia z kozmického mikrovlnného pozadia.

Po ére rekombinácie však nasledovalo obdobie temnoty, kým sa vytvorili hviezdy a ďalšie jasné objekty. [Celý príbeh]

Krok 5: Vynorenie sa z kozmického temného veku

Klaster obrovských galaxií videný v ranom vesmíre

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

Zhruba 400 miliónov rokov po Veľkom tresku začal vesmír vychádzať zo svojich temných vekov. Toto obdobie evolúcie vesmíru sa nazýva vek reionizácie.

Predpokladalo sa, že táto dynamická fáza trvala viac ako pol miliardy rokov, ale na základe nových pozorovaní si vedci myslia, že k reionizácii mohlo dôjsť rýchlejšie, ako sa pôvodne predpokladalo. [Celý príbeh]

Počas tejto doby sa zhluky plynu zrútili natoľko, že vytvorili úplne prvé hviezdy a galaxie. Vyžarované ultrafialové svetlo z týchto energetických udalostí sa vyčistilo a zničilo väčšinu okolitého neutrálneho plynného vodíka. Proces reionizácie a čistenie hmlistého plynného vodíka spôsobili, že sa vesmír stal prvýkrát priehľadným pre ultrafialové svetlo.

Krok 6: Viac hviezd a viac galaxií

Tento záber Hubblovho vesmírneho teleskopu na priestor Globulárnej hviezdokopy M15 je vzdialený asi 120 svetelných rokov. Túto pamiatku z prvých rokov našej galaxie tvorí viac ako 100 000 hviezd a guľa hviezd pokračuje v obehu okolo Mliečnej dráhy

ESA, Hubble, NASA

Astronómovia prečesávajú vesmír a hľadajú najvzdialenejšie a najstaršie galaxie, aby im pomohli porozumieť vlastnostiam raného vesmíru. Podobne pri štúdiu kozmického mikrovlnného pozadia môžu astronómovia pracovať spätne a dať dohromady udalosti, ktoré prišli predtým. [Celý príbeh]

Údaje zo starších misií, ako sú WMAP a Cosmic Background Explorer (COBE), ktoré boli spustené v roku 1989, a misií, ktoré sú stále v prevádzke, ako napríklad Hubbleov vesmírny teleskop, ktorý bol spustený v roku 1990, pomáhajú vedcom pokúsiť sa vyriešiť najtrvalejšie záhady a odpovedať na najdiskutovanejšie otázky v kozmológii.

Krok 7: Zrod našej slnečnej sústavy

Planéty slnečnej sústavy podľa počítačovej ilustrácie NASA. Dráhy a veľkosti nie sú zobrazené v mierke.

NASA

Odhaduje sa, že naša slnečná sústava sa narodila niečo po 9 miliardách rokov po Veľkom tresku, takže je stará asi 4,6 miliardy rokov. Podľa súčasných odhadov je slnko jednou z viac ako 100 miliárd hviezd iba v našej galaxii Mliečna dráha a obieha zhruba 25 000 svetelných rokov od galaktického jadra.

Mnoho vedcov si myslí, že slnko a zvyšok našej slnečnej sústavy boli vytvorené z obrovského rotujúceho oblaku plynu a prachu známeho ako slnečná hmlovina. Pretože gravitácia spôsobila zrútenie hmloviny, otáčala sa rýchlejšie a sploštila sa na disk. Počas tejto fázy bola väčšina materiálu vytiahnutá do stredu, aby vytvorila slnko. [Infografika slnečnej sústavy: zvnútra von]

Krok 8: Neviditeľné veci vo vesmíre

Kolosálna kozmická kolízia odhaľuje tajomnú temnú hmotu

RTG: NASA/CXC/CfA/M. Markevitch a kol .; Optické: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe a kol .; Mapa šošoviek: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe a kol.

V šesťdesiatych a sedemdesiatych rokoch minulého storočia si astronómovia mysleli, že vo vesmíre môže byť viac hmoty, ako je viditeľné. Vera Rubin, astronómka z Carnegieho inštitútu vo Washingtone, pozorovala rýchlosti hviezd na rôznych miestach v galaxiách.

Základná newtonovská fyzika naznačuje, že hviezdy na okraji galaxie by obiehali pomalšie ako hviezdy v strede, ale Rubin nenašiel žiadny rozdiel v rýchlostiach hviezd ďalej. V skutočnosti zistila, že všetky hviezdy v galaxii obiehajú stredom viac -menej rovnakou rýchlosťou. [Celý príbeh]

Táto tajomná a neviditeľná masa sa stala známou ako temná hmota. Temná hmota je odvodená kvôli gravitačnému ťahu, ktorý vyvíja na bežnú hmotu. Jedna hypotéza uvádza, že záhadné veci môžu tvoriť exotické častice, ktoré neinteragujú so svetlom alebo pravidelnou hmotou, a preto bolo také ťažké ich odhaliť.

Predpokladá sa, že temná hmota tvorí 23 percent vesmíru. Na porovnanie, iba 4 percentá vesmíru pozostávajú z pravidelnej hmoty, ktorá zahŕňa hviezdy, planéty a ľudí.

Krok 9: Rozširujúci sa a zrýchľujúci sa vesmír

Chubby Galaxy Cluster navrhuje, aby temná energia bola dlho silnejšia

NASA, ESA, D. Coe (NASA Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology, and Space Telescope Science Institute), N. Benitez (Institute of Astrophysics of Andalusia, Spain), T. Broadhurst (University of the Basque Country, Spain) a H. Ford

V 20. rokoch 20. storočia urobil astronóm Edwin Hubble revolučný objav o vesmíre. Hubble pomocou novo skonštruovaného ďalekohľadu na observatóriu Mount Wilson v Los Angeles zistil, že vesmír nie je statický, ale skôr sa rozpína.

O niekoľko desaťročí neskôr, v roku 1998, plodný vesmírny teleskop pomenovaný po slávnom astronómovi, Hubblovom vesmírnom teleskope, študoval veľmi vzdialené supernovy a zistil, že vesmír sa už dávno rozpína ​​pomalšie ako dnes. Tento objav bol prekvapivý, pretože sa dlho predpokladalo, že gravitácia hmoty vo vesmíre spomalí jej expanziu alebo dokonca spôsobí jej stiahnutie. [Celý príbeh]

Tmavá energia je považovaná za zvláštnu silu, ktorá rozptyľuje vesmír stále vyššími rýchlosťami, ale zostáva neodhalená a zahalená rúškom tajomstva. Existencia tejto nepolapiteľnej energie, o ktorej sa predpokladá, že tvorí 73 percent vesmíru, je jednou z najhorúcejších tém v kozmológii.

Krok 10: Stále musíme vedieť viac

Akcelerujúci vesmír a temná energia môžu byť ilúzie

NASA

Aj keď sa toho o vzniku a vývoji vesmíru veľa zistilo, existujú pretrvávajúce otázky, ktoré zostávajú nezodpovedané. Temná hmota a temná energia zostávajú dvoma z najväčších záhad, ale kozmológovia naďalej skúmajú vesmír v nádeji, že lepšie pochopia, ako sa to všetko začalo.

Vytvorenie vesmíru, ako ho poznáme dnes, trvalo viac ako sedem dní. demokratija.eu sa pozerá na tajomstvá nebies v našej osemdielnej sérii: História a budúcnosť vesmíru. Toto je časť 3 z tejto série.