Вселенная заполнена миллиардами галактик и триллионами звезд, а также почти бесчисленным количеством планет, лун, астероидов, комет и облаков пыли и газа - все они кружатся на просторах космоса.
Но если мы увеличим масштаб, каковы строительные блоки этих небесных тел и откуда они взялись?
Водород является наиболее распространенным элементом во Вселенной, за которым следует гелий; вместе они составляют почти все обычное вещество. Но это составляет лишь крошечный кусочек вселенной - около 5%. Все остальное сделано из вещей, которые не видны и могут быть обнаружены только косвенно.
В основном водород
Все началось с Большого взрыва, около 13,8 миллиардов лет назад, когда сверхгорячее и плотно упакованное вещество внезапно и быстро разрослось во всех направлениях одновременно. Спустя миллисекунды, по данным НАСА, новорожденная вселенная была вздымающейся массой нейтронов, протонов, электронов, фотонов и других субатомных частиц, вращающихся со скоростью около 100 миллиардов градусов Кельвина.
По словам профессора астрономии Неты Бахколл, во время Большого взрыва была создана всякая материя, составляющая все известные элементы в периодической таблице - и каждый объект во вселенной, от черных дыр до массивных звезд и частиц космической пыли. в отделе астрофизических наук в Принстонском университете в Нью-Джерси.
«Мы даже не знаем законов физики, которые существовали бы в такой горячей и плотной среде», - сказал Бахколл в интервью журналу Live Science.
Примерно через 100 секунд после Большого взрыва температура упала до 1 миллиарда градусов Кельвина. Примерно 380 000 лет спустя Вселенная достаточно охладилась, чтобы протоны и нейтроны собрались вместе и образовали литий, гелий и изотоп водорода дейтерий, в то время как свободные электроны оказались в ловушке с образованием нейтральных атомов.
Поскольку в ранней Вселенной было так много протонов, водород - самый легкий элемент с одним протоном и одним нейтроном - стал самым распространенным элементом, составляя почти 95% процентов атомов вселенной. По данным НАСА, около 5% атомов вселенной составляют гелий. Затем, примерно через 200 миллионов лет после Большого взрыва, первые звезды сформировались и произвели остальные элементы, которые составляют часть оставшегося 1% всей обычной материи во вселенной.
Невидимые частицы
Во время Большого взрыва было создано нечто другое: темная материя. «Но мы не можем сказать, какую форму он принял, потому что мы не обнаружили эти частицы», - сказал Бахколл в интервью Live Science.
Темная материя не может наблюдаться непосредственно - пока - но ее отпечатки пальцев сохраняются в первом свете Вселенной, или космическом микроволновом фоновом излучении (CMB), как крошечные флуктуации излучения, сказал Бахколл. Ученые впервые предположили существование темной материи в 1930-х годах, теоретизируя, что невидимое притяжение темной материи должно быть тем, что скрепляет быстро движущиеся скопления галактик. Спустя десятилетия, в 1970-х годах, американский астроном Вера Рубин нашла более косвенные доказательства темной материи в более высоких, чем ожидалось, скоростях вращения звезд.
Основываясь на выводах Рубина, астрофизики подсчитали, что темная материя - даже если ее нельзя увидеть или измерить - должна составлять значительную часть вселенной. Но около 20 лет назад ученые обнаружили, что во Вселенной есть нечто даже более странное, чем темная материя; темная энергия, которая считается значительно более распространенной, чем материя или темная материя.
Непреодолимая сила
Открытие темной энергии произошло потому, что ученые задавались вопросом, достаточно ли во вселенной темной материи, чтобы заставить расширение рассеиваться или менять направление, вызывая коллапс Вселенной внутрь себя.
И вот, когда группа исследователей исследовала это в конце 1990-х годов, они обнаружили, что Вселенная не только не разрушается сама по себе, но и расширяется во все более быстром темпе. Группа определила, что неизвестная сила, называемая темной энергией, давит на вселенную в видимой пустоте пространства и ускоряет ее импульс; выводы ученых заслужили физикам Адаму Риссу, Брайану Шмидту и Саулу Перлмуттеру Нобелевскую премию по физике в 2011 году.
Модели силы, необходимой для объяснения скорости ускорения расширения вселенной, предполагают, что темная энергия должна составлять от 70% до 75% вселенной. Темная материя, между тем, составляет от 20% до 25%, в то время как так называемая обычная материя - то, что мы на самом деле видим - по оценкам, составляет менее 5% вселенной, сказал Бахколл.
Учитывая, что темная энергия составляет около трех четвертей вселенной, понимание того, что это, пожалуй, самая большая проблема, стоящая сегодня перед учеными, астрофизик Марио Ливио, затем работавший в Научном институте космического телескопа в Университете Джонса Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд, рассказал сайту-партнёру Live Science Space.com в 2018 году.
«Хотя темная энергия не играла огромной роли в эволюции Вселенной в прошлом, она будет играть доминирующую роль в эволюции в будущем», - сказал Ливио. «Судьба вселенной зависит от природы темной энергии».
