Ранние галактики
Среди них весьма интересны галактические фонтаны и галактические волны, которые представляют собой процессы выброса и перемещения материала внутри галактики под воздействием различных физических механизмов.
«Галактический фонтан» молекулярного газа, который подпитывается энергией сверхмассивной черной дыры, расположенной в центре самой яркой галактики кластера Abell 259.
«Галактический фонтан» кластера Abell 259
Миллиард лет назад, в результате столкновения двух скоплений галактик, вырвались в космос пара ударных волн просто невероятных размеров, которые пристально изучают астрономы.
Кпупнейшая во Вселенной ударная волна
Эти ударные волны, выпускающие свет в радиодиапазоне, настолько огромны, что простираются в пространстве на расстояние в 6,5 млн световых лет и могут запросто поглотить наш Млечный Путь, у которого диаметр 100 тысяч световых лет.
Звездные скопления[5 - Визуально связанная группа звёзд, имеющая общее происхождение и движущаяся в гравитационном поле галактики как единое целое.], суперскопления, черные дыры в центре галактик… Каждое такое место – это вихрь их скрытых историй и эволюционных путей, множество удивительных и загадочных объектов и явлений.
Планеты и их спутники скрывают внутри себя глубокие подземелья и океаны, о которых мы только начинаем узнавать. Марс, Европа, Титан – это миры с загадками, связанными с водой и жизнью. Современные миссии и исследования зондов позволяют раскрывать их тайны и возможные следы жизни.
А что касается Солнечной системы, то это лаборатория, где мы исследуем миры, орбиты и их взаимодействие с астероидами[6 - Небольшое планетоподобное небесное тело, обращающееся по орбите вокруг Солнца.] и кометами[7 - Небесное тело, имеющее вид туманного светящегося пятна и световой полосы в форме хвоста.]. Столкновения, приближения и астрономические встречи создают множество загадок и вызовов, ставя перед нами задачи защиты Земли и изучения происхождения Солнечной системы.
Среди звёздных соседей Вселенной существуют загадочные объекты, известные как W Serpentis – двойные системы, в которых одна звезда «высасывает» вещество из своего спутника. Это создаёт динамическое танго, где материя перетекает между звёздами, а огромные газовые оболочки окутывают эти миры в вуаль мистики.
Одинокая звезда – что одинокий человек. Зато, когда они объединяются в пары, их жизнь наполняется событиями. Обмениваясь веществом, звезды могут «омолаживаться», становиться переменными, порождать яркие рентгеновские источники. Некоторые двойные распадаются после феерического взрыва сверхновой[8 - Явление, в ходе которого звезда резко увеличивает свою светимость в десять тысяч или сто миллионов раз.]. Но порой случаются куда более грандиозные катаклизмы, когда звезды сливаются в последнем смертельном объятии.
Слияние двух звёзд
Международная группа ученых под руководством китайского астронома в 2022 году объявила, что обнаружила два новых примера редких двойных звездных систем, состоящих из двух центральных звезд, вращающихся вокруг друг друга во Вселенной.
Редкая двойная звездная система
Каждая из двух систем, обозначенных как Бернхард-1 и Бернхард-2, окружена необычным диском из газа и пыли, расположенным под углом к орбитам центральных звезд.
Вселенная не перестаёт удивлять нас новыми возможностями. Мы на пороге множества научных открытий и межпланетных путешествий. Раскрытие тайн Марса, поиски жизни на экзопланетах, изучение тёмной материи и тёмной энергии – всё это раскрывает путь в будущее, где научные открытия созвучны с человеческим воображением.
В этой звёздной сказке наука и художественность взаимно сплетаются, создавая пленительное полотно космической действительности. Эта Вселенная – наша бесконечная платформа для исследований и мечтаний, и каждая её загадка становится новым вдохновением для учёных и художников, которые стремятся понять и воплотить в жизнь величие космоса.
Поиск сигналов и следов разумной жизни во Вселенной – это увлекательное занятие, которое вдохновляет нас на разгадывание тайн космических сообщений. Радиосигналы и лазерные вспышки с далёких звёзд могут быть ключами к разгадыванию межгалактических разговоров.
Что ж, загадки космоса – это чудеса и феномены, которые еще не полностью поняты наукой. Гигантские выбросы энергии издалека, известные как гамма-всплески, до сих пор вызывают много вопросов о их происхождении и природе, являясь одними из самых мощных космических событий.
Процесс, предположительно произошедший в первые моменты после Большого взрыва, называемый инфляцией Вселенной, до сих пор вызывает много вопросов о своих механизмах и последствиях.
Таинственное геомагнитное явление на планете Земля, известное как пурпурное сияние или STEVE, до сих пор не до конца понято учеными…
Да, тайны космоса, это как великая книга, наполненная загадками и чудесами, что удерживают в плену наше воображение. В этой бесконечной симфонии звёзд и планет каждое новое открытие – это прочитанная нами очередная страница в истории космоса, которая предоставляет нам бесконечные возможности для нашего погружения в глубины Вселенной, чтобы расширять наши знания и представления о том, что ещё скрыто за границами нашего понимания.
Научные исследования и художественное творчество никогда не устанут искать ответы на вечные вопросы, связанные с космосом. Используя свои инструменты и фантазию, мы всегда будем идти вперед, вглядываясь в глубины Вселенной. Её тайны и великолепие могут вдохновить нас на новые звёздные открытия и глубокие размышления о природе космоса и нашем месте в нём.
Мистическая прелесть космоса также вдохновляет художников и творцов. Картины, фотографии, музыка и литература, созданные под впечатлением от звёздного неба, переносят нас в мир фантазий. Каждое отражение звезд на воде, каждое световое пятнышко на черной ткани ночи – всё это нити, сплетающие между собой искусство и науку, мифы и реальность.
Что ж, загадки космоса – это бесконечный рассказ, написанный из вопросов, которые приглашают нас в путешествие в неизведанное, где наука и вдохновение дополняют друг друга, раскрывая удивительную картину мира вокруг нас. В каждом вращении планеты, в каждой вспышке звезды, в каждой невидимой силе космической материи есть потоки вдохновения и знаний. И этот рассказ пишется каждым научным открытием, каждым художественным произведением, создавая симфонию красоты и тайн и раскрывая перед нами величественные горизонты для исследований и воображения.
Глава 2. Ключ к тайнам происхождения Вселенной
Рождение Вселенной. Большой взрыв.
Вселенная – это бескрайний атлас звездных дорог и невероятных тайн. Каждая страница её космической истории таит в себе ключ к удивительному происхождению всего сущего. Под звездным покрывалом таятся ответы на вопросы о зарождении первых сверкающих звёзд, о происхождении галактик, о том, как танец космических сил создал саму жизнь. Давайте вместе вглядимся в эти непостижимые космические глубины и поищем ключ к загадкам рождения вселенского мироздания.
Воспринимая Вселенную как весь окружающий мир, мы сразу делаем её уникальной и единственной. И вместе с этим лишаем себя возможности описать её в терминах классической механики: из-за своей уникальности Вселенная ни с чем не может взаимодействовать, она – система систем, и поэтому в её отношении теряют свой смысл такие понятия, как масса, форма, размер. Вместо этого приходится прибегать к языку термодинамики, употребляя такие понятия как плотность, давление, температура, химический состав.
До победы теории Большого взрыва в умах ученых и мыслителей долгое время доминировала концепция вечной, бесконечной и в среднем неизменной Вселенной. Борис Штерн[9 - Б. Е. Штерн – советский и российский астрофизик, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Астрокосмического центра ФИАН.] пишет: «Вечная бесконечная Вселенная комфортна для человеческого разума. Человеку хочется думать, что звезды будут светить всегда, что у мира нет ни конца, ни начала, что перед жизнью и разумом нет никаких пределов, даже в отдаленном будущем. Такая Вселенная понятна и логична…»
Однако, «очевидность» и «комфортность» такой космологической парадигмы справедливы только для человека, слишком понадеявшегося на свой разум и свои научно-технические возможности освоения космоса. Космологическая мысль дала драматический разворот, начиная с 1920-х годов, когда впервые появилась концепция расширяющейся Вселенной, имеющей начало и, естественно, конец. К 1960-м годам эта концепция оформилась в теорию горячего Большого взрыва.
А теперь представьте себе бескрайние глубины космоса, в которых рождаются и умирают звёзды, взрывы, которые создают новые миры, и энергию, что держит Вселенную в движении. Каждая звезда, каждая галактика, каждый мельчайший атом пронизан тайнами её происхождения. Разгадка этих загадок и есть ключ к пониманию того, как Вселенная возникла и развивалась на протяжении бесконечных веков.
Поэтому не удивительно, что одним из основных вопросов, которые не выходят из сознания человека, всегда был и является вопрос: «как появилась Вселенная?» Естественно, однозначного ответа на данный вопрос нет и вряд ли будет получен в скором времени. Однако наука работает в этом направлении и формирует некую теоретическую модель зарождения нашей Вселенной. И сейчас мы ее рассмотрим, как одну из наиболее возможных, но без того, чтобы принимать её за истину последней инстанции.
Теория Большого взрыва – это космологическая модель, которая описывает происхождение и эволюцию Вселенной. Согласно этой теории, она возникла около 13,8 миллиардов лет назад из некоторого плотного разогретого объекта, именуемого сингулярное[10 - Одиночное, единственное.] состояние, плохо поддающееся описанию в рамках современной физики.
Предположение было разработано на основе наблюдений за движением галактик относительно Земли, а также через изучение космического излучения. Эта концепция стала основой для современной космологии и понимания эволюции Вселенной.
Основные положения теории Большого взрыва состоят в том, что Вселенная возникла из одной взорвавшейся точки бесконечной плотности и температуры, стремящейся к бесконечности, что она расширяется и охлаждается, а также содержит большое количество атомов водорода и гелия. При этом известно, что при бесконечной плотности энтропия, то есть меры хаоса, она должна устремляться к нулю, что никак не совмещается с бесконечной температурой.
Изначально было пространство и время, и ткань пространства расширялась с невероятной скоростью.
Расширение ткани пространства
В начальный момент времени Вселенная имела бесконечную плотность и температуру, что делает любое понимание точного «начала» крайне сложным. Считается, что тёмная энергия, которая является причиной ускоренного расширения Вселенной, играла значительную роль в ранние времена и по-прежнему остается загадкой.
Первые секунды своего рождения Вселенная находилась в состоянии квантового хаоса – периода, который начался примерно через 10^-35 секунд после Большого взрыва. В это время она была очень горячей и плотной, а ее состояние – чрезвычайно чувствительно к малейшим изменениям, что явилось причиной того, что поведение Вселенной стало хаотическим и непредсказуемым.
Этап квантового хаоса Вселенной
Другими словами, на этапе квантового хаоса Вселенная, можно сказать, находилась в состоянии квантового коктейля. Это означает, что в ней одновременно существовали различные состояния материи и энергии. Например, электроны могли находиться в двух состояниях одновременно, а фотоны – иметь нулевую или бесконечно большую энергию. Природа мироздания на этом этапе существования не поддается описанию в рамках известной нам физики. Тем не менее, произошел распад непрерывного единого пространства-времени на кванты[11 - Квант- неделимая часть какой-либо величины в физике.]. Их хаотическое поведение привело к дальнейшему развитию Вселенной, поэтому этап квантового хаоса является одним из наиболее интересных и загадочных периодов в её эволюции.
После него на 10^-45 секунде наступила планковская эпоха, то есть момент окончания квантового хаоса, но она остаётся непонятной из-за отсутствия способа объединить квантовую механику и гравитацию.
Планковская длина и планковское время
Причиной этого является расширение Вселенной, по мере которого ее температура и плотность начали снижаться – и квантовые эффекты стали менее заметными.
Окончание квантового хаоса ознаменовало переход Вселенной от однородного и изотропного состояния к неоднородному и анизотропному, что привело к образованию различий в плотности вещества, а в конечном итоге – к образованию галактик и других структур.
Точное время окончания квантового хаоса является предметом дискуссий среди ученых. Некоторые исследователи считают, что оно произошло в момент, когда температура Вселенной упала ниже 10^15 градусов Кельвина, а другие, что это произошло позже – при температуре 10^12 градусов Кельвина.
Независимо от того, когда именно завершилось окончание квантового хаоса, оно явилось важным событием в истории Вселенной, поскольку ознаменовало переход к ее нынешнему состоянию, которое мы наблюдаем сегодня. Исследователи продолжают изучать этот период рождения космического мироздания, чтобы лучше понять его природу и последствия.
Следующей стадией истории Вселенной стала инфляционная стадия – очень короткий, но интенсивный период её резкого расширения, который произошел в самом начале вскоре после Большого Взрыва.
Инфляционная стадия Вселенной
Инфляция[12 - Быстрый рост масштабов, при котором скорость роста пропорциональна значению самого масштаба.] была вызвана существованием гипотетической субстанции, называемой инфляционным полем, обладавшим отрицательным давлением, которое привело к ускоренному расширению Вселенной. В первый момент инфляции от единого суперсимметричного поля, ранее включавшего поля фундаментальных взаимодействий, отделилось гравитационное взаимодействие.
Словом, в течение крохотной доли времени (менее, чем за одну миллиардную долю доли секунды), Вселенная, предположительно, экспоненциально[13 - То есть быстро, безудержно.] расширилась. Проще говоря, стала очень быстро раздуваться, а ближе к концу энергия физических полей перешла в энергию обычных частиц, что значительно повысило температуру вещества и излучения.
Инфляция имела ряд важных последствий для эволюции Вселенной. Она привела к тому, что Вселенная стала однородной и изотропной на больших масштабах, а также к образованию различий в плотности вещества.
Это предположение о периоде инфляции, хотя и не имеет прямых наблюдений, является ключевой частью современных космологических теорий и помогает объяснить некоторые загадки ранней Вселенной.
После того, как состояние инфляции закончилось и энергия пространства преобразовалась в материю, антиматерию и излучение, началась стадия радиационного доминирования, когда температура Вселенной начала понижаться и сформировались фермионы[14 - Частицы с полуцелым спином (например, электрон, протон, нейтрон, нейтрино).]. Они разделились на кварки – бесструктурные элементарные частицы и фундаментальные составляющие материи, сильно взаимодействующие между собой, а также лептоны, которые свободно существуют в пространстве независимо от своих собратьев. Затем кварки объединились в составные частицы, называемые адронами, наиболее стабильными из которых являются протоны и нейтроны, компоненты атомных ядер.
Стадия радиационного доминирования, когда температура Вселенной начала понижаться и сформировались фермионы
Горячий первичный бульон расширился и остыл, образовав легкую асимметрию между материей, которой было чуть больше, и антиматерией, которой было чуть меньше. Словом, начали образовываться начальные химические элементы и синтезироваться гелий. Однако, излучение все еще преобладало над веществом.
Спустя 10 000 лет энергия вещества постепенно превосходит энергию излучения и происходит их разделение. Вещество начинает доминировать над излучением, и возникает реликтовый фон – остаточное тепло, оставшееся с первых лет сразу после Большого взрыва, которое все еще можно найти в пустых просторах космоса и которое свидетельствует в поддержку этой теории.
Также разделение вещества с излучением значительно усилило изначальные неоднородности в распределении вещества, в результате чего стали образовываться ядра, а потом и нейтральные атомы, которые собирались в гравитационных сверхплотных регионах и образовали первые звезды спустя десятки миллионов лет.
