Universum: suur pauk kuni 10 lihtsa sammuga

Selle kunstniku mulje näitab galaktikaid vähem kui miljard aastat pärast Suurt Pauku, kui universum oli veel osaliselt täis ultraviolettvalgust neelavat vesinikuudu.

Selle kunstniku mulje näitab galaktikaid vähem kui miljard aastat pärast Suurt Pauku, kui universum oli veel osaliselt täis ultraviolettvalgust neelavat vesinikuudu. (Pildi krediit: ESO / M. Kornmesser)

Sissejuhatus



See äärmiselt kauge protokoll esindab galaktikate rühma, mis moodustub universumis väga varakult, umbes miljard aastat pärast Suurt Pauku.



Subaru/ P. Capak (SSC/ Caltech)

Meie universumi päritolu ja arengu üldtunnustatud teooria on Suure Paugu mudel, mis väidab, et universum sai alguse uskumatult kuuma ja tiheda punktina umbes 13,7 miljardit aastat tagasi. Niisiis, kuidas läks universum tolli murdosade (mõne millimeetri) murdosast praeguseks?

Siin on Suure Paugu jaotus praeguseks 10 lihtsasti mõistetavas etapis.

Universumi loomiseks sellisel kujul, nagu me seda praegu teame, kulus natuke rohkem kui seitse päeva. demokratija.eu vaatleb taeva saladusi meie kaheksaosalises sarjas: Kosmose ajalugu ja tulevik. See on selle sarja kolmas osa.

Samm: kuidas see kõik algas



NASA/WMAP

NASA/WMAP

Suur Pauk ei olnud plahvatus kosmoses, nagu teooria nimi võib arvata. Selle asemel oli see kosmose ilmumine kõikjal universumis, on teadlased öelnud. Suure Paugu teooria kohaselt sündis universum väga kuuma, väga tiheda üksiku punktina kosmoses.

Kosmoloogid pole kindlad, mis juhtus enne seda hetke, kuid keerukate kosmosemissioonide, maapealsete teleskoopide ja keeruliste arvutuste abil on teadlased teinud tööd, et maalida selgemat pilti varajasest universumist ja selle kujunemisest. [Kogu lugu]

Selle peamine osa pärineb kosmilise mikrolaine tausta vaatlustest, mis sisaldab Suurest Paugust järele jäänud valguse ja kiirguse järelhelendust. See Suure Paugu reliikvia läbib universumit ja on nähtav mikrolaineanduritele, mis võimaldab teadlastel kokku panna vihjed varajasest universumist.

2001. aastal käivitas NASA Wilkinsoni mikrolaineahju anisotroopia sondi (WMAP) missiooni, et uurida varases universumis valitsevaid tingimusi, mõõtes kosmilise mikrolaine taustast pärit kiirgust. Muude avastuste hulgas suutis WMAP määrata universumi vanuse - umbes 13,7 miljardit aastat vana.

2. samm: universumi esimene kasvurünnak



Hubble näeb varases universumis 500 galaktikat

NASA, ESA ja S. Beckwith (STScI) ning HUDFi meeskond

Kui universum oli väga noor - umbes sada sajandikku miljardist triljonist triljonist sekundist (vau!) -, siis toimus see uskumatu kasvuspurdiga. Selle laienemise ajal, mida tuntakse inflatsioonina, kasvas universum plahvatuslikult ja kahekordistus vähemalt 90 korda.

'Universum laienes ja laienedes muutus see jahedamaks ja vähem tihedaks,' rääkis David Spergel, Princetoni ülikooli Princetoni ülikooli teoreetiline astrofüüsik, demokratija.eu. [Kogu lugu]

Pärast inflatsiooni jätkus universumi kasv, kuid aeglasemalt. Kosmose laienedes universum jahtus ja tekkis aine.

3. samm: liiga kuum, et särada



Astronoomid tuvastavad universumi esimese osa

NASA/WMAP

Kerged keemilised elemendid loodi universumi tekkimise esimese kolme minuti jooksul. Universumi laienedes temperatuurid jahtusid ning prootonid ja neutronid põrkasid kokku, moodustades deuteeriumi, mis on vesiniku isotoop. Suur osa sellest deuteeriumist moodustas heeliumi.

Esimese 380 000 aasta jooksul pärast Suurt Pauku tegi universumi loomisest tulenev intensiivne kuumus aga valguse paistmiseks sisuliselt liiga kuumaks. Aatomid kukkusid kokku piisava jõuga, et laguneda tihedaks, läbipaistmatuks prootonite, neutronite ja elektronide plasmaks, mis hajutasid valgust nagu udu.

4. samm: olgu valgus

Uus taevakaart võib aidata paljastada, kuidas universum tekkis

ESA/ LFI & HFI konsortsium

Umbes 380 000 aastat pärast Suurt Pauku jahtus aine piisavalt, et elektronid ühineksid tuumadega, moodustades neutraalseid aatomeid. Seda faasi nimetatakse 'rekombinatsiooniks' ja vabade elektronide neeldumine muutis universumi läbipaistvaks. Sel ajal vallandunud valgus on tänapäeval kosmilise mikrolaine taustal kiirguse kujul tuvastatav.

Ometi järgnes rekombinatsiooniajastule pimeduse periood enne tähtede ja muude eredate objektide tekkimist. [Kogu lugu]

5. samm: kosmilisest pimedast ajast väljatulek

Hiiglaslik galaktikaparv varases universumis

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

Umbes 400 miljonit aastat pärast Suurt Pauku hakkas universum oma pimedast ajast välja tulema. Seda universumi evolutsiooni perioodi nimetatakse taasionisatsiooni ajastuks.

Arvati, et see dünaamiline faas kestis üle poole miljardi aasta, kuid uute tähelepanekute põhjal arvavad teadlased, et reionisatsioon võis toimuda kiiremini kui varem arvati. [Kogu lugu]

Selle aja jooksul varisesid gaasikillud piisavalt kokku, moodustades esimesed tähed ja galaktikad. Nendest energilistest sündmustest eraldunud ultraviolettvalgus puhastas ja hävitas enamiku ümbritsevast neutraalsest vesinikgaasist. Taasionisatsiooniprotsess koos uduse vesinikgaasi puhastamisega muutis universumi esmakordselt ultraviolettkiirguse eest läbipaistvaks.

6. samm: rohkem tähti ja rohkem galaktikaid

See Hubble

ESA, Hubble, NASA

Astronoomid kammivad universumit, otsides kõige kaugemaid ja vanimaid galaktikaid, et aidata neil mõista varase universumi omadusi. Samamoodi saavad astronoomid kosmilise mikrolaine tausta uurides töötada tagurpidi, et koondada kokku sündmused, mis olid varem. [Kogu lugu]

Andmed vanematest missioonidest, nagu WMAP ja Cosmic Background Explorer (COBE), mis käivitati 1989. aastal, ja siiani toimivad missioonid, nagu Hubble'i kosmoseteleskoop, mis käivitati 1990. aastal, aitavad teadlastel lahendada kõige püsivamaid saladusi ja vastata küsimustele. enim vaieldud küsimusi kosmoloogias.

Samm: meie päikesesüsteemi sünd

Päikesesüsteemi planeedid, nagu on kujutatud NASA arvuti illustratsioonil. Orbiite ja suurusi pole näidatud mastaabis.

NASA

Hinnanguliselt sündis meie päikesesüsteem veidi pärast 9 miljardit aastat pärast Suurt Pauku, mistõttu on see umbes 4,6 miljardit aastat vana. Praeguste hinnangute kohaselt on päike ainuüksi meie Linnutee galaktikas üks enam kui 100 miljardist tähest ja tiirleb umbes 25 000 valgusaasta kaugusel galaktikast.

Paljud teadlased arvavad, et päike ja ülejäänud meie päikesesüsteem on moodustunud hiiglaslikust pöörlevast gaasi- ja tolmupilvest, mida tuntakse päikese uduna. Kuna gravitatsioon põhjustas udukogu kokkuvarisemise, keerles see kiiremini ja lamendus kettaks. Selle faasi ajal tõmmati suurem osa materjalist keskpunkti poole, et moodustada päike. [Päikesesüsteemi infograafik: seestpoolt]

8. samm: universumi nähtamatud asjad

Kolossaalne kosmiline kokkupõrge paljastab salapärase tumeda aine

Röntgen: NASA/CXC/CfA/M. Markevitch jt; Optiline: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe jt; Objektiivikaart: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe jt.

1960ndatel ja 1970ndatel hakkasid astronoomid arvama, et universumis võib olla rohkem massi kui nähtav. Washingtoni Carnegie Instituudi astronoom Vera Rubin jälgis tähtede kiirust galaktikate erinevates kohtades.

Põhiline Newtoni füüsika eeldab, et galaktika äärel asuvad tähed tiirlevad aeglasemalt kui keskel asuvad tähed, kuid Rubin ei leidnud erinevust kaugemate tähtede kiirustes. Tegelikult leidis ta, et kõik galaktika tähed näivad ringlevat keskpunkti enam -vähem sama kiirusega. [Kogu lugu]

See salapärane ja nähtamatu mass sai tuntuks kui tumeaine. Tumeaine järeldatakse gravitatsioonijõu tõttu, mida see avaldab tavalisele ainele. Üks hüpotees väidab, et salapärase asja võivad moodustada eksootilised osakesed, mis ei suhtle valguse või tavalise ainega, mistõttu on seda olnud nii raske avastada.

Arvatakse, et tumeaine moodustab universumist 23 protsenti. Võrdluseks - ainult 4 protsenti universumist koosneb tavalisest ainest, mis hõlmab tähti, planeete ja inimesi.

9. samm: laienev ja kiirenev universum

Lihav galaktikaparv soovitab, et tume energia oleks juba ammu tugevam

NASA, ESA, D. Coe (NASA reaktiivmootorite laboratoorium/California tehnoloogiainstituut ja kosmoseteleskoopide teadusinstituut), N. Benitez (Andaluusia astrofüüsika instituut, Hispaania), T. Broadhurst (Baskimaa ülikool, Hispaania) ja H. Ford

1920. aastatel tegi astronoom Edwin Hubble universumi kohta revolutsioonilise avastuse. Kasutades Los Angeleses Mount Wilsoni observatooriumis äsja ehitatud teleskoopi, täheldas Hubble, et universum ei ole staatiline, vaid pigem laieneb.

Aastakümneid hiljem, 1998. aastal, uuris kuulsa astronoomi Hubble'i kosmoseteleskoobi järgi nime saanud viljakas kosmoseteleskoop väga kaugeid supernoovasid ja leidis, et juba ammu paisub universum aeglasemalt kui praegu. See avastus oli üllatav, sest kaua arvati, et aine gravitatsioon universumis aeglustab selle paisumist või isegi põhjustab selle kokkutõmbumist. [Kogu lugu]

Arvatakse, et tume energia on kummaline jõud, mis tõmbab kosmose üha suuremal kiirusel laiali, kuid see jääb avastamata ja salapäraseks. Selle tabamatu energia olemasolu, mis arvatakse moodustavat 73 protsenti universumist, on kosmoloogia üks tulisemaid teemasid.

10. samm: peame veel rohkem teadma

Kiirenev universum ja tume energia võivad olla illusioonid

NASA

Kuigi universumi loomisest ja evolutsioonist on palju avastatud, on püsivaid küsimusi, mis jäävad vastuseta. Tume aine ja tume energia on endiselt kaks suurimat saladust, kuid kosmoloogid jätkavad universumi uurimist, lootes paremini mõista, kuidas see kõik algas.

Universumi loomiseks sellisel kujul, nagu me seda praegu teame, kulus natuke rohkem kui seitse päeva. demokratija.eu vaatleb taeva saladusi meie kaheksaosalises sarjas: Kosmose ajalugu ja tulevik. See on selle sarja kolmas osa.