Самые первые звезды и галактики — Мир Знаний

Самые первые звезды и галактики

Галактика NGC 7331 и другие, более маленькие, более далекие. Чем дальше мы смотрим, тем дальше мы погружаемся во времени в прошлое. Когда-нибудь, мы увидим временную точку, когда не было галактик вовсе.

Примечание: поскольку скорость света (то есть информации) ограничена, а вселенная расширяется, мы видим свет, который был излучен миллионы, миллиарды лет назад.

Когда мы думаем о галактиках сегодня, первое что приходит на ум это что-то на подобии Млечного пути — сотни миллиардов звезд, огромные спиральные рукава, наполненные газом и звездной пылью, и готовые к образованию следующих поколений звезд. Такие массивные объекты с помощью чрезвычайно сильного гравитационного притяжения притягивают все, что находится поблизости. И конечно же, вы заметите такую галактику издалека благодаря яркому свету, исходящему от нее, который свободно путешествует по Вселенной. Но поскольку Вселенная, какой мы ее знаем, зародилась с Большим Взрывом примерно 13,8 миллиардов лет назад, мы знаем, что галактики не всегда были такими. В самом деле, если мы посмотрим достаточно далеко в прошлое, мы начнем замечать разницу.

Галактики в прошлом отличались от таковых сейчас. Если подробней, чем дальше мы смотрим назад во времени, мы видим галактики, которые моложе (что доказывается увеличением количества молодых звезд), синей (поскольку синие звезды умирают быстрей), меньше (поскольку галактики сливаются и притягивают материю со временем) и меньше похожи на спирали (поскольку мы видим только самые яркие части звездообразующих галактик).

Несмотря на то, что галактики, которые мы видим на самом деле синей, в оптическом телескопе, они будут красней. Поскольку Вселенная расширяется, свет от дальних галактик (пусть даже излучается очень синим или может даже в ультрафиолетовой области) растягивается на своем пути через пространство-время. Когда длина волны света увеличивается, он становится красней, несет меньше энергии, и его трудней заметить. Тем не менее, по мере того, как мы строим телескопы (особенно в космосе), способные делать фотоснимки в инфракрасной части спектра, мы узнаем больше информации об этих галактика. Наилучшая информация приходит от совместной работы телескопов Хаббла и Спитцера, которые рассказывают нам об истории Вселенной. Чем дальше мы смотрим во времени, мы замечаем, что звезды в молодых галактиках образовывались быстрей, чем сейчас. Мы можем измерить эту скорость и заметить, что она возрастает по мере продвижения назад в прошлое до определенного момента, когда вселенной было всего лишь 2 миллиарда лет. Именно в тот момент времени скорость достигает пика, дальше она снова убывает.

Примечание: Hubble Ultra Deep Field — изображение небольшого региона космоса, составленное из данных, полученных Хабблом с 24.09.2003 по 16.01.2004. Выдержка почти миллион секунд (11,3 суток).

Мы знаем, что Вселенная должна была появиться без звезд или галактик, а значит должна быть «первая звезда» и «первая галактика». К сожалению, мы пока не можем увидеть их — Хаббл и Спитцер недостаточно мощные для этого. Однако, если мы будем смотреть так далеко, как можем, вот что мы найдем:

  • Во Вселенной моложе 2 миллиардов лет, скорость образования звезд стремительно падает.
  • Во Вселенной моложе 600 миллионов лет, скорость образования звезд падает еще быстрей. Во Вселенной действительно много чего произошло на протяжении этих нескольких критических сотен миллионов лет.
  • Самая молодая галактика, которую мы когда-либо видели — Gz-11. Ее излучение приходит от времен, когда Вселенной было 400 миллионов лет. Однако, были звезды и галактика раньше этого.
  • Мы точно можем сказать, что, когда Вселенной было 380 000 лет не было ни галактик, ни звезд.

Это была отправная точка, когда появились первые нейтральные атомы.

Но существует интересная головоломка со Вселенной, впервые заполненной нейтральными атомами — эти атомы поглощают видимый свет. Это означает, что вселенная не была «прозрачной», как сейчас. Мы не можем увидеть свет первых звезд так же, как мы видим свет от звезд сейчас. Вместо этого нам нужно сделать две вещи:

1. Нам нужно искать сигналы реионизации, которые появились, когда ультрафиолетовое излучение от первых звезд и галактик выбивало электроны из этих нейтральных атомов, делая Вселенную прозрачной для света. Примечание: под действием электромагнитного излучения, электроны получают энергию, и тем самым возбуждаются. Если энергии достаточно, они могут преодолеть притяжение ядра и покинуть атом.

2. Нам нужно искать в более длинноволновой части спектра, поскольку такое излучение обладает меньшей энергией недостаточной для возбуждения электронов.

Если мы сможем сделать эти наблюдения, мы узнаем не только, как первые звезды и галактики образовались, но и как Вселенная собралась в такое гигантское скопление галактик и скоплений, которые мы видим сегодня.

Информация, собранная нами с помощью телескопов, очень точно совпадает с теоретическими измерениями, сделанными на тему времени реионизации. Она начинается, когда Вселенной 400-450 миллионов лет, ускоряется, когда Вселенной 600-650 миллионов лет и заканчивается ко времени, когда Вселенной 900-950 миллионов лет.

Самый главный урок из всего этого заключается в том, что галактики (в частности новые звездообразующие галактики) — это компоненты Вселенной ответственные за реионизацию. Нас ждет два удивительных прорыва в предстоящей декаде, которые позволят нам понять эти ранние стадии образования галактик и звезд раз и навсегда — Космический Телескоп Джеймса Уэбба и WFIRST.

Посредством заглядывания дальше в инфракрасном регионе, Джеймс Уэбб сможет увидеть галактики вплоть до времени, когда Вселенной было всего 250 миллионов лет. Такая информация скорей всего будет включать первое обнаружение древних звезд и маленьких галактик, являющиеся всего лишь небольшими скоплениями молодых звезд. Такой телескоп должен доказать, что это галактики (а не звезды) ответственны за реионизацию Вселенной.

Примечание: как вы заметили, очень много внимания уделяется проблеме реионизации Вселенной. Реионизация — процесс повторного образования ионов (заряженных частиц). Большинство частиц во Вселенной сейчас (в космическом пространстве) — это ионы. Однако, в ранней Вселенной, по мере охлаждения, кварки должны были объединяться в протоны и нейтроны, те объединяться в ядра, а последние объединяться с электронами в нейтральные атомы. Как и почему эти атомы стали ионами — пока остается загадкой.

Но если галактики образовались еще раньше, чем сможет увидеть Джеймс Уэбб, нам останется лишь делать догадки о действительно первых источниках света. Второй прорыв придет с WFIRST, преемник Хаббла от NASA, который запустят в 2024. WFIRST также сможет смотреть в инфракрасном спектре, при этом его область захвата будет в 100 раз больше, чем у Хаббла. Благодаря WFIRST, мы должны будем суметь изучить образование звезд и реионизацию во всей Вселенной. Таким образом, мы сейчас на этапе, когда изучаем, как Вселенная прошла путь от отсутствия звезд и галактик к самым первым небесным телам и превратилась в богатую, красивую, но огромную Вселенную, которую мы знаем сейчас.

Вам понравится

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Поделиться записью в соц. сетях