Согласно космологической теории, преобладающей сегодня в научном сообществе, Вселенная родилась около 13,7 миллиардов лет назад в ходе процесса, известного как Большой Взрыв. С тех пор пространство расширяется и охлаждается. Однако недавнее исследование Университета штата Огайо совместно с Университетом Джона Хопкинса и Институтом астрофизики имени Макса Планка углубилось в историю Вселенной и оказалось, что это не совсем так. Фактически, исследователи утверждают, что средняя температура газовых облаков, из которых образуются звезды и галактики, увеличилась в десять раз за последние 10 000 миллионов лет, достигнув к сегодняшнему дню почти двух миллионов градусов. Таким образом, астрономы подтвердили, что галактики нагреваются со временем из-за гравитационного коллапса космической структуры и именно по этой причине потепление Вселенной продолжится и в будущем.
Оказалось, Вселенная становится все горячее и расширяется с ускорением
Как возникла Вселенная?
Теория Большого взрыва – это космологическая модель, теория, используемая для описания начала и эволюции нашей вселенной. Согласно этой теории, Вселенная была в очень горячем и плотном состоянии, прежде чем начала расширяться 13,7 миллиардов лет назад. Важно понимать, что Теория большого взрыва основана на фундаментальных наблюдениях, включая наблюдения космического микроволнового фонового излучения (реликитового излучения), которое представляет собой подобие ископаемого излучения, испускаемого в ранней Вселенной, когда она была горячей и плотной.
В 1920 году выдающийся астроном Эдвин Хаббл заметил, что расстояние между галактиками увеличивается повсюду во Вселенной. Это означает, что галактики должны были быть ближе друг к другу в прошлом. Реликтовое излучение, которое можно наблюдать повсюду во Вселенной, было открыто в 1964 году.
Карта флуктуаций реликтового излучения в галактических координатах по данным космической обсерватории «Планк».
Примечательно и то, что состав Вселенной – то есть количество атомов различных элементов – согласуется с Теорией большого взрыва. На сегодняшний день Теория большого взрыва является единственной теорией, способной объяснить, почему мы наблюдаем изобилие первичных элементов во Вселенной.
Крупномасштабная структура Вселенной
Согласно результатом исследования, опубликованного в журнале The Astrophysical Journal, наша Вселенная нагревается. Новая работа, как отмечают ее авторы, подтверждает выводы Нобелевского лауреата по физике 2019 года Джума Пибельса, который изложил теорию о том, как формируется крупномасштабная структура Вселенной.
Под крупномасштабной структурой понимается то, как скопления галактик распределяются во всеобщем масштабе Вселенной, создавая ту самую космическую паутину. Такая структура создается из гравитационного коллапса темной материи и газа.
Так выглядит таинственная космическая паутина
В ходе работы исследователи зафиксировали более чем 10-кратное увеличение средней температуры накопленного газа во Вселенной за последние 10 000 миллионов лет, включая газ в галактиках. Эти выводы подтверждают теорию, объясняющую появление крупномасштабных структур.
Как менялась температура во Вселенной?
Свет, который мы видим от объектов, наиболее удаленных от Земли, старше, чем свет, исходящий от ближайших объектов. Свет от более отдаленных объектов, по сути, должен был совершить более длительное путешествие, чтобы добраться до наших телескопов. Этот факт, наряду с методом, способным оценивать температуру по свету, позволил международной команде ученых измерить среднюю температуру газов в ранней Вселенной (тех, которые окружают самые отдаленные объекты), а затем сравнить ее со средней температурой газов, наиболее близких к Земле.
Чтобы понять, как менялась температура во Вселенной на протяжении всей ее истории, исследователи использовали данные двух миссий – Planck и Sloan Digital Sky Survey. Первая миссия – это совместная работа Европейского космического агенства и NASA, основная цель которой заключается в обнаружении анизотропии (небольшие перепады температур) во Вселенной практически сразу после Большого Взрыва. Цель второй миссии – крупнейший в истории сбор подробных изображений и световых спектров Вселенной.
По мере развития Вселенной такие объекты, как галактики и скопления галактик, привлекают все больше и больше газа, который постепенно нагревается
Авторы работы объединили данные двух миссий и оценили расстояния ближних и дальних горячих газов, измерив их красное смещение – систему, которая позволяет оценить, как быстро удаляются удаленные объекты от нас и на каких расстояниях они находятся. Чем дальше находится звезда или галактика, тем больше длина волны ее света, которая смещается в красный цвет спектра.
Таким образом было обнаружено, что в современной Вселенной температура газов достигает около двух миллионов градусов Кельвина (около четырых миллионов градусов по Фаренгейту) вокруг ближайших к Земле объектов. Что примерно в 10 раз превышает температуру газов вокруг более отдаленных объектов. Получается, исследователи смогли подтвердить, что Вселенная нагревается со временем из-за гравитационного коллапса космической структуры, и более чем вероятно, что это потепление продолжится в будущем.
«Вселенная нагревается из-за естественного процесса образования галактик и других структур. Этот процесс, однако, не имеет ничего общего с изменением климата на нашей планете», – пишут авторы исследования.
При этом в целом средняя температура Вселенной в целом все еще довольно холодная, около -454,76 градусов по Фаренгейту (- -270,42 градусов по Цельсию). Для сравнения – температура нашего Солнца может достигать до 15 миллионов градусов Цельсия.
Всемирный день хлеба