Галакси кластер ЛЦДЦС-0829, како је уочио Хуббле свемирски телескоп. Овај галаксијски грозд се удаљава од нас, и за само неколико милијарди година постаће недоступан, чак и брзином светлости. Кредитна слика: ЕСА / Хуббле & НАСА.

Како смо схватили космички понор?

Гледати у велику, мрачну непознаницу била је мистерија хиљадама година. Више не!

"Наука не може рећи теологији како да изгради доктрину стварања, али ви не можете конструисати доктрину стварања без узимајући у обзир старост свемира и еволутивни карактер космичке историје." -Јохн Полкингхорне

Поглед у ноћно небо поставља низ питања о којима би се свака интелигентна, знатижељна особа могла запитати:

  • Које су то тачке светлости на небу?
  • Постоје ли друга сунца попут нашег, и ако јесу, да ли имају планете као ми?
  • Колико су удаљене звезде и колико дуго живе?
  • Шта стоји изван наше галаксије Млечни пут?
  • Како изгледа цео Универзум?
  • И како је дошло овако?

То су хиљадама година била питања за песнике, филозофе и теологе. Али научно, нисмо само открили одговоре на сва та питања, већ су одговори покренули и неке још веће које никада нисмо могли да предвидимо.

Стандардна космичка временска линија историје нашег Универзума. Кредитна слика: НАСА / ЦКСЦ / М.Веисс.

С изузетком неколико тела у нашем Сунчевом систему који одражавају сунчеву светлост на нама, свака тачка блиставе светлости коју видимо на ноћном небу је звезда. Долазе у различитим бојама, од црвене до наранџасте до жуте до беле до плаве, а долазе у различитим светлинама, од само око 0,1% већег од нашег Сунца до буквално милиона пута сунчеве светлине. Толико су далеко да се чини да су у истом положају не само ноћ по ноћ, већ и из године у годину. Први покушај мерења њихових растојања заснован је на једној претпоставци: да су звезде идентичне Сунцу, колико би биле сјајне? На основу нашег схватања како светлост утиче на растојање, највећа звезда ноћног неба, Сириус, процењена је на 0,4 светлосне године, што је огромна удаљеност. Да су у 1600-има знали колико је пута светлији Сириус од Сунца, процена удаљености би била искључена за мање од 10%.

Наше сунце је звезда Г класе. Иако су већи, светлији импресивнији, број их је много мањи. Сириус, звезда А класе, је 20-25 пута светлија од нашег Сунца, али О, Б и А звезде представљају само 1% звезда * укупно * у галаксији. Кредитна слика: Викимедиа Цоммонс корисник ЛуцасВБ.

Да су остале звезде Сунци попут наше, није доказано све до проналаска спектроскопије, где бисмо могли да разбијемо светло на поједине таласне дужине и видимо потписе присутних атома и молекула. Око 90% звезда је мање и блијеђе од наше, око 5% је масивније и светлије, а око 5% је сунчано налик на своју масу, величину и светлост. Током последњих 25 година открили смо да су планете норма око звезда, потврдивши више од 3000 планета изван нашег Соларног система. НАСА-ин свемирски брод Кеплер је далеко највећи алат за проналажење планета који смо икада користили, откривајући око 90% егзопланета које данас познајемо.

21 Кеплерове планете откривене су у насељеним зонама својих звезда, не већим од двоструког пречника Земље. (Проксима б, која није откривена код Кеплера, довешће до 22.) Већина ових света орбитира црвеним патуљцима, ближе „дну“ графикона. Кредитна слика: НАСА Амес / Н. Баталха и В. Стензел.

Мерећи како се звезда креће због гравитационог вучења својих планета, можемо закључити њихове масе и орбиталне периоде. Мерећи колико светлост звезде затамњује због планете која пролази испред ње, можемо измерити и њен период и физичку величину. До сада је пронађено више од 20 стеновитих, приближно земаљских светова у „потенцијално насељеним“ зонама око њихових звезда, што значи да ако ти светови имају атмосферу налик Земљи, они ће имати праве температуре и притиске за течну воду на њиховој површини. Недавно је пронађено да је Прокима Центаури, најближа звијезда нашем Сунцу, можда смјештај највише планете сличне Земљи до сада, на само 4,2 свјетлосне године.

Предаја уметника Прокиме Центаури како се види из дела „прстена“ света, Прокима б. Био би преко 3 пута већи од пречника и 10 пута већи од подручја које заузима наше Сунце. Алпха Центаури А и Б (приказани) би били видљиви током дана. Кредитна слика: ЕСО / М. Корнмессер.

Да бисте тачно измерили растојања до звезда, најбоља техника је измерити њихове положаје што је прецизније током читаве године. Како се Земља креће у својој орбити око Сунца, путујући на 300 милиона километара од своје локације шест месеци пре, чини се да ће се најближе звезде померати, на исти начин на који се чини да се палац помера ако га држите за руку и затворите једну прво око, а затим отворите и затворите друго.

Паралакс метода, коришћена од ГАИА, укључује запажање очите промене положаја оближње звезде у односу на удаљеније позадинске. Кредитна слика: ЕСА / АТГ медиалаб.

Овај феномен, познат као паралакса, није први пут тачно мерен све до средине 19. века, пружајући нам удаљеност до најближих звезда. Једном када знате колико је звезда удаљена и измерите њена друга својства, помоћу тих података можете идентификовати друге звезде баш као што је то, и на тај начин одредити колико је далеко све што можете видети у Универзуму. Можемо прећи од најближих звезда до свих звезда наше галаксије до звезда у галаксијама изван наших до најудаљенијих галаксија које се могу опажати.

Хуббле еКстреме дубоко поље (КСДФ), које је открило отприлике 50% више галаксија по квадрату од претходног Ултра-дубоког поља. Кредитна слика: НАСА; ЕСА; Г. Иллингвортх, Д. Магее и П. Оесцх, Калифорнијски универзитет, Санта Цруз; Р. Боувенс, Универзитет Леиден; и тим ХУДФ09.

Ово функционише баш попут мердевина, где закорачите на прву траку и употребите тај корак да бисте прешли на следећу траку и сваки пут мало даље стигли на пут. Сателит ГАИА Европске свемирске агенције, лансиран 2013. године, настоји да измери положаје паралакса милиона звезда, пружајући нам најсигурнију „прву траку“ на лествици космичког растојања свих времена.

Карта густине звезда на Млечном путу и ​​околном небу, на којој се јасно види Млечни пут, велики и мали магелански облаци, а ако погледате пажљивије, НГЦ 104 лево од СМЦ, НГЦ 6205 мало изнад и лево од галактичко језгро, а НГЦ 7078 мало испод. Кредитна слика: ЕСА / ГАИА.

Звезде сагоревају кроз своје гориво као и Сунце: претварањем водоника у хелијум у својим језграма. Овај процес нуклеарне фузије емитира огромну количину енергије Еинстеиновим Е = мц ^ 2, јер је свако језгро хелија које произведете из четири језгре водоника 0,7% лакши од оног са којим сте започели. Током 4,5 милијарди година наше историје, изгубљено је отприлике маса Сатурна у процесу сјаја као што то чини. Али у једном тренутку Сунце и свака звезда у Универзуму ће понестати горива у свом језгру.

Анатомија Сунца, укључујући унутрашње језгро, које је једино место где се догађа фузија. Кредитна слика: НАСА / Јенни Моттар.

Када се то догоди, прошириће се и претворити се у црвеног гиганта, стапајући хелијум у угљеник. Још масивније звезде ће топити угљеник у кисеоник, кисеоник у силицијум, сумпор и магнезијум, а најмасовније звезде ће сипати силицијум у гвожђе, кобалт и никл. Звијезде попут нашег Сунца умријет ће тихо, пушући своје вањске слојеве у планетарној магли, док ће најмасовније звијезде умријети у катастрофалној експлозији супернове, обојица ће рециклирати тешке елементе формиране натраг у међузвездни медијум.

Наше Сунце ће имати укупни животни век од око 12 милијарди година, док ће звезде са најмањом масом (око 8% масе нашег Сунца) горјети кроз своје гориво најспорије, живећи више од 10 билиона година: много пута више садашње доба Универзума. Али најмасовније звезде брже сагоревају кроз своје гориво, а неке звезде живе само неколико милиона година пре него што умру и избаце своје тешке елементе назад у Универзум.

Остатак супернове Н 49, пронађен у нашем Млечном путу. Кредитна слика: НАСА / ЕСА и тим Хуббле Херитаге (СТСцИ / АУРА).

Ови тешки елементи попут угљеника, кисеоника, азота, фосфора, силицијума, бакра и гвожђа нису само битни за живот какав знамо, већ пре свега за стварање стјеновитих планета. Потребно је више генерација звезда које живе, спаљивањем горива, умирањем и рециклирањем тих састојака назад у свемир, где помажу формирању звезда наредних генерација да би се створио свет попут Земље. И ево, из наше перспективе, били смо у стању да гледамо у Универзум, не само преко великих космичких растојања, већ и назад у прошлост Универзума.

Галаксија НГЦ 7331, са удаљенијим галаксијама и ближим, предњим звездама такође у оквиру. Кредитна слика: Адам Блоцк / Моунт Леммон СкиЦентер / Университи оф Аризона.

Чињеница да је брзина светлости коначна и константна, на 299,792,458 м / с, не значи само да постоји кашњење у слању сигнала на врло великим даљинама. То значи да док посматрамо предмете који су далеко, видимо их не онакве какви су данас, већ онакви какви су били у далекој прошлости Универзума. Погледајте звезду удаљену 20 светлосних година, и видећете је као пре 20 година. Погледајте галаксију која је удаљена 20 милиона светлосних година, а ви је видите пре 20 милиона година.

Галаксије сличне Млечном путу као што су биле у ранијим временима у Универзуму. Кредитна слика: НАСА, ЕСА, П. ван Доккум (Универзитет Иале), С. Пател (Универзитет у Леидену) и 3Д-ХСТ тим.

Успели смо да погледамо тако уназад, захваљујући моћним телескопима попут Хубблеа, да смо могли да гледамо галаксије у Универзуму као што су биле пре милијарде година, уназад када је Универзум био само неколико процената његове струје старост. Видимо да су галаксије у прошлости биле мање, мање масивне, плаве унутрашње боје, брже су формирале звезде и биле мање богате тим тешким елементима који су нам потребни да бисмо формирали планете. Такође видимо да се временом ове галаксије стапају и формирају веће структуре. Можемо саставити целу ову слику и визуализовати како се Универзум развио да би постао такав какав је у садашњости.

Читав Универзум је огромна космичка мрежа, где се на пресеку ових космичких нити формирају галаксије и гроздови галаксија. Између тога постоје огромне космичке празнине лишене звезда и галаксија, где је гравитација у гушћим пределима одвукла ту материју да би је искористила у друге сврхе. Данас то видимо на локалном нивоу, док се галаксије у локалној групи крећу једна према другој. У неком тренутку, четири до седам милијарди година у будућности, наша најближа велика суседа, Андромеда, спојиће се са нашим Млечним путем, стварајући џиновску елиптичну галаксију: Милкдромеду.

Серија фотографија која приказује спајање Млечног Пута и Андромеде и како ће се небо доимати другачије од Земље као што се дешава. Кредитна слика: НАСА; З. Леваи и Р. ван дер Марел, СТСцИ; Т. Халлас; и А. Меллингер.

И све у међувремену, Универзум се наставља ширити према хладнијој, празнијој, удаљенијој судбини. Галаксије изван наше локалне групе одступају од нас самих и једна од других. Ствари које су гравитационо повезане заједно - планете, звезде, соларни системи, галаксије и галаксије - остаће везане све док звезде гори у нашем Универзуму. Али свака поједина галаксијска група или кластер ће одступити од свих осталих, јер свемир постаје хладнији и усамљенији како време пролази.

Дозвољене су четири могуће судбине Универзума са само материјом, зрачењем, закривљењем и космолошком константом. Доња „судбина“ је поткрепљена доказима. Кредитна слика: Е. Сиегел, из његове књиге, Беионд Тхе Галаки.

Што значи, ако се вратимо на сам почетак и упитамо како је то све дошло, имамо:

  • свемир који се посматра, почео је врућим, густим, углавном униформним стањем познатим као Велики прасак;
  • да се охлади, омогућавајући материји и антиматерији да се уништи, остављајући само малу количину материје;
  • који се даље охладио, омогућујући протонима и неутронима да се стапају заједно у хелијум, а да се не распаљују;
  • који се још више охладио, омогућавајући стварање стабилних, неутралних атома;
  • где су гравитационе несавршености расле и расле, што је довело до скупљања гасова у неким регионима, који су постали довољно густи да формирају прве звезде;
  • где су најмасовније звезде изгореле својим горивом, умирале и рециклирале своје теже елементе назад у међузвездни медијум;
  • мали звјездани гроздови и галаксије стапали су се и растали, покрећући нове таласе формирања звијезда;
  • где се после више милијарди година формирају нове звезде са каменитим планетама и састојцима за живот;
  • где су галаксије које их смештају прерасле у спиралне и елиптичне дивове какве имамо данас;
  • и где се 9.2 милијарде година после Великог праска, формирана звездана гроздица из млина формира у изолованој спиралној галаксији, где су 2% елемената сада теже од водоника и хелијума;
  • од којих се дешава наше Сунце;
  • и где се после додатних 4,54 (или око) милијарде година настаје интелигентна врста која може да почне да спаја делове наше космичке историје, разумевајући одакле потичемо први пут.
Бертини фреска Галилео Галилеи приказује Доге Венеције како користи телескоп из 1858. године.

Има више ствари које смо научили, а постоји и дубина истраживања свих ових питања. (Моја прва књига, Беионд Тхе Галаки, ради управо ово.) Да, постоје питања на којима још увек радимо, као на пример како је настала асиметрија материје / антиматерије, како се Велики прасак успоставио и започео, и како тачно, Универзум ће дочекати своју коначну судбину. Али на питања како изгледа Универзум, како је изгледао на овакав начин и шта физички ради одговорили су: не филозофи, песници или теолози, већ научни подухват. А ако треба одговорити на нова велика питања - она ​​на која су одговарали на претходна велика питања - опет ће то бити наука која ће нам показати пут.

Овај се пост први пут појавио на Форбес-у, а на њега вам нуде ад-фрее наше присталице Патреона. Коментирајте на нашем форуму и купите нашу прву књигу: Беионд Тхе Галаки!