Вселенная с нуля. От Большого взрыва до абсолютной пустоты: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Мультивселенная (До Большого взрыва)

Большой взрыв (Начало расширения)

Природный реактор (2 миллиарда лет назад)

Взрыв сверхновой (–4500)

8,8 миллиарда лет назад

Образование диска Млечного Пути

Так же как и другие звездные скопления, Млечный Путь – наша Галактика – образовался в результате последовательных слияний протогалактик, сгустков темной материи, возникших в сверхплотных участках первичной Вселенной. Протогалактики включали в себя и барионную материю в виде газа из водорода и гелия. В процессе слияний темная материя собиралась в основном на периферии галактик и сформировала гигантское сферическое гало радиусом в двести тысяч световых лет и массой порядка тысячи миллиарда солнечных. Втянутый внутрь барионный газ сплющился в форме гигантского тонкого диска, вращающегося вокруг своей оси. Общий диаметр диска составляет примерно сто тысяч световых лет, но диаметр его плотной части равен примерно тысяче световых лет. В нем вращаются сотни миллиарда звезд и внушительное количество плотных облаков межзвездного газа, в которых идет звездообразование.

Самой яркой характеристикой диска Млечного Пути служит его спиральная структура. Диск вращается вокруг оси не как твердое тело, не как граммофонная пластинка. За счет чего же тогда удерживается его спиральная структура с расходящимися в разные стороны рукавами? На самом деле рукава возникают не из материи. Они создаются волнами, при прохождении которых возрастает плотность вещества, так называемыми волнами плотности. Это явление можно сравнить с пробками на дорогах, которые постепенно распространяются по магистралям, когда движение становится интенсивным.

Наподобие автомобилей, количество которых увеличивается в месте пробки, межзвездный газ уплотняется при проходе волны плотности и провоцирует рост интенсивности звездообразования. Волна оставляет за собой гирлянду звезд, самые массивные из которых сияют ярко, но кратковременно. Эти волны плотности, вероятнее всего, порождает асимметрия в центре диска (типа перемычки, обнаруженной в центре Млечного Пути).

Формирование диска, обрамленного красивой спиральной структурой, характерно не только для Млечного Пути. Примерно в тот же период через подобные преобразования прошли многие галактики. Еще в XVIII веке астрономы обнаружили на ночном небе светлые пятна более или менее плоской формы. Как мы теперь знаем, это были самые яркие спиральные галактики. Эти наблюдения в 1775 году привели немецкого философа Иммануила Канта к идее, что Вселенная состоит из блуждающих в бездне пространства совокупностей звезд, подобных той, в которую входит Солнце. Он даже отметил, что эти системы должны были бы казаться кругообразными, если смотреть на них сверху, и эллиптическими при взгляде сбоку. Таким образом Кант предвосхитил, не формулируя ее конкретно, идею островных вселенных – спустя столетие этот термин предложил немецкий географ Александр фон Гумбольдт.

☛ СМ. ТАКЖЕ

Образование крупных структур (13,7 миллиарда лет назад)

7,7 миллиарда лет назад

Гамма-всплеск, видимый невооруженным глазом

Гамма-всплеск происходит в момент, когда разрушенное ядро массивной звезды выбрасывает материю в виде двух противоположно направленных струй, которые распространяются со скоростью, близкой к скорости света, и когда эти струи одновременно разрушают звездную оболочку (один случай на миллион). Название этого явления связано с потоком направленного излучения, возникающего внутри выброшенной материи, наиболее интенсивны в нем гамма-лучи, хотя в потоке этого излучения присутствуют и световые, и рентгеновские волны.

Эти два направленных луча, очень узких и мощных, пронизывают всю Вселенную. Угол их распространения совсем небольшой (всего несколько градусов), и поэтому шанс, что они когда-нибудь достигнут Земли, всего один на тысячу. Вычислить эту вероятность очень просто: если ежедневно взрывается примерно миллион звезд, то они порождают тысячу пучков гамма-лучей; один из них теоретически может достичь Земли. Сканируя видимый небесный свод, обсерватории ежедневно регистрируют один-два гамма-всплеска. Если наблюдатель находится прямо на оси пучка излучения, там, где оно имеет максимальную интенсивность, всплеск ощущается заметно сильнее. Но такая ситуация случается довольно редко – не чаще одного раза в год!

Например, в далекой галактике взрывается ядро массивной звезды. Она выбрасывает два направленных пучка излучения, один из которых направляется к Земле и долетает до нее семь с половиной миллиарда лет спустя. Подобное явление, обозначенное кодом GRB 080319B, наблюдалось в 2008 году и было зарегистрировано как мощный гамма-всплеск. Астрофизикам повезло: они смогли наблюдать его даже в видимой части спектра с помощью прибора с широкоугольным объективом. Излучение было столь ярким, что его можно было увидеть и невооруженным глазом, если смотреть в нужный момент в определенном направлении. А произошло это событие, когда Вселенной было только шесть миллиарда лет!

Гамма-всплески имеют столь невероятную мощность и светимость, что их следует считать катастрофами колоссального масштаба. Если бы событие типа GRB 080319B произошло, к примеру, на расстоянии в десять тысяч световых лет от Солнца и один из пучков излучения попал бы непосредственно в Солнечную систему, на нашу несчастную планету обрушился бы энергетический удар, сравнимый со взрывом миллионов ядерных бомб Хиросимы! Такое количество энергии вызвало бы серию глобальных катастроф, одна страшнее другой. Защитный озоновый слой моментально разрушился бы, чудовищные ударные волны сотрясли бы атмосферу, по всей Земле разгорелись бы пожары, мощные ураганы начали бы сносить все на своем пути…

☛ СМ. ТАКЖЕ

Катастрофическая смерть первой звезды (13,2 миллиарда лет назад)

6,8 миллиарда лет назад

Ланиакея, наше сверхскопление

Галактики, большинство которых сформировалось менее чем за два миллиарда лет после Большого взрыва, распределены в пространстве далеко не случайным образом. Они служат настоящими кирпичиками Вселенной, из них состоит гигантская сеть ветвей и нитей, пронизывающих пустоту. Основой этой структуры, канвой распределения материи во Вселенной, служит в основном темная материя. С того момента, когда Вселенная стала прозрачной и однородной, она быстро эволюционировала и по окончании Темных веков преобразовалась в систему огромных пустот, окруженных сверхплотными структурами, создающими гравитационное притяжение невероятной силы.

Аналогично тому, как на Земле вода течет по рекам и притокам с высоты водоразделов, галактики и звездные скопления стекаются по направляющим космической сети и создают узлы «галактических сверхскоплений». Это название впервые употребил французский астрофизик Жерар де Вокулер для обозначения самых крупных из известных в настоящий момент образований во Вселенной. В гидрологии линия водораздела разделяет бассейны разных рек. В астрофизике дело обстоит похожим образом: линия, разделяющая два гравитационных бассейна, служит границей между сверхскоплениями. Чтобы обнаружить эту границу в мире галактик, надо прежде всего рассчитать скорость их движения, скорректировав наблюдаемую скорость смещения с помощью поправки на космическое расширение.

Именно таким методом в 2014 году четверка астрофизиков – американец Ричард Брент Талли, француз Элен Куртуа и Даниэль Помареда и израильтянин Иегуда Хоффман – рассчитали размеры, структуру и динамику нашего сверхскопления, которое они назвали Ланиакея (от англ. Laniakea, в переводе с гавайского – огромный небесный свод). Сверхскопление образовалось тогда, когда Вселенная достигла примерно середины своего сегодняшнего возраста, и протянулось на пять миллионов световых лет; его масса – сто миллионов миллиарда солнечных. Ланиакея включает в себя тринадцать галактических скоплений, каталогизированных в 1958 году калифорнийцем Джорджем Эйбеллом. Астрофизик создал свой каталог на основе тысяч фотографий, снятых камерой Шмидта (широкоугольный телескоп с корректирующим зеркалом) на горе Паломар в США. Ланиакея включает в себя структуру, ранее называвшуюся сверхскоплением Девы, частью которого является Млечный Путь. Если считать, что Земля – это наш дом, Солнечная система – наш город, то Галактика – это наша страна, а Ланиакея – континент.

☛ СМ. ТАКЖЕ

Темные века (13,7 миллиарда лет назад)

Образование крупных структур (13, 7 миллиарда лет назад)

5,2 миллиарда лет назад

Столкновение в Местной группе галактик

Слияние двух галактик Местной группы породило длинный шлейф звезд, некоторые из которых сгруппировались в две карликовых галактики в окрестности Млечного Пути.

Термин «Местная группа» был впервые использован в 1936 году Эдвином Хабблом – он назвал так группу галактик, к которой принадлежит и Млечный Путь. Местная группа состоит примерно из шестидесяти галактик и представляет собой довольно скромное галактическое скопление. Оно имеет форму гантели, растянувшейся на десять миллионов световых лет. Своей формой скопление обязано двум самым крупным образованиям – Млечному Пути и туманности Андромеды, известной также под именем Мессье-31. Каждая из этих крупных галактик окружена собственной системой карликовых галактик-спутников. Кроме того, в Местную группу входит и третья галактика, обладающая спиральной структурой, – галактика Треугольника, или Мессье-33.

Эволюция Местной группы, похоже, была весьма бурной, как и у других крупных скоплений, – если верить компьютерным моделям, с помощью которых ученые пытаются восстановить прошлое на основе наблюдений Мессье-31. Через пять миллиарда лет после Большого взрыва Местная группа включала, помимо будущего Млечного Пути, две довольно крупные галактики, одна из которых была в три раза массивнее другой. Они подошли друг к другу настолько близко, что попали в сети взаимного гравитационного притяжения. Через четыре миллиарда лет па-де-де галактик закончилось столкновением, хотя этот термин не совсем подходит к тому, что произошло.

В обеих галактиках расстояния между звездами настолько велики, что прямые удары практически исключены. Правильнее было бы говорить о взаимопроникновении, или даже о слиянии. Модели показывают, что к окончанию процесса слияния две галактики превратились в одну. В наши дни она носит имя Мессье-31, или туманность Андромеды.