Из чего состоит Вселенная?

Рубрика «Неглупые вопросы»

Во Вселенной миллиарды галактик и триллионы звезд, а также неисчислимое количество планет, их спутников, астероидов, комет, облаков пыли и газа. Но если сильно уменьшить масштаб, что мы увидим?

Из чего состоят все эти космические тела и объекты?

Из чего состоит Вселенная?

Самый распространенный элемент в нашей Вселенной — это водород. За ним следует гелий. Собственно, почти вся обычная материя состоит именно из них. Но это лишь малая часть всего, что есть во Вселенной — около 5%. Всё остальное мы не можем ни увидеть напрямую, ни измерить инструментами.

Преимущественно водород

Все началось с Большого взрыва, произошедшего примерно 13,8 миллиарда лет назад. Тогда горячая и плотная материя неожиданно начала быстро расширяться во всех направлениях. Уже через несколько миллисекунд новорожденная Вселенная была тяжелой массой нейтронов, протонов, электронов, фотонов и других субатомных частиц, нагретой до 100 миллиардов Кельвинов, утверждает НАСА.

Вся материя, из которой состоят все известные элементы таблицы Менделеева — и каждый объект во Вселенной, от черных дыр до массивных звезд и крупиц пыли, — была создана в ходе Большого взрыва, объясняет Нета Бахкалл, профессор астрономии из Департамента астрофизики в Принстонском университете:

Мы не знаем законов физики, которые могли бы существовать в настолько горячих и плотных условиях.

Примерно через 100 секунд после Большого взрыва температура упала до 1 миллиарда Кельвинов. А через 380 000 лет Вселенная достаточно охладилась, чтобы протоны и нейтроны смогли собраться и сформировать литий, гелий и изотоп водорода дейтерий.

Из-за огромного количества протонов в ранней Вселенной водород — самый легкий элемент, состоящий всего из одного протона и одного нейтрона — стал самым распространенным элементом. Он составлял примерно 95% всех атомов во Вселенной. Почти все оставшиеся 5% занимал гелий.

И лишь через 200 миллионов лет после Большого взрыва, первые звезды сформировались и начали синтезировать более тяжелые элементы — из них в итоге состоит 1% всей обычной материи во Вселенной.

Невидимые частицы

В ходе Большого взрыва сформировалась и таинственная темная материя. “Но мы не знаем, какую форму она приняла, потому что нам до сих пор не удалось поймать ее частицы,” — объясняет Бахкалл.

Темную материю нельзя увидеть напрямую — пока что — но ее следы видны в первом свете, в виде маленьких флуктуаций радиации в реликтовом излучении (cosmic microwave background radiation (CMB)).

Впервые идея темной материи прозвучала в 1930-х годах. Тогда ученые предположили, что невидимое притяжение этой энергии, должно быть, удерживает быстро двигающиеся группы галактик.

Через несколько десятилетий, в 1970-х годах, американский астроном Вера Рубин нашла еще одно косвенное доказательство существования темной материи — в особо быстром вращении некоторых звезд.

По этим наблюдениям Рубин астрофизики вычислили, что темная материя должна занимать значительную часть Вселенной.

К началу нового века ученые обнаружили, что помимо темной материи во Вселенной должно быть еще нечто более странное — темная энергия. И этой темной энергии больше, чем темной материи.

Из чего состоит Вселенная?
NASA/ESA

Непреодолимая сила

Открытие темной энергии стало результатом попыток вычислить, хватит ли темной материи на то, чтобы замедлить расширение Вселенной и обратить его — то есть заставить Вселенную схлопнуться.

Когда в конце 1990-х ученые взялись изучить этот вопрос, они не только не нашли никаких признаков сжатия Вселенной, они обнаружили, что Вселенная расширяется и делает это с ускорением. Группа ученых определила, что неизвестная сила — получившая название темная энергия — заставляет Вселенную расширяться с ускорением. В 2011 году за это открытие та самая группа, состоящая из Сола Перлмуттера, Брайана Шмидта и Адама Риса, получила Нобелевскую премию по физике.

По созданным с тех пор моделям этой силы ученые вычислили, что темная энергия должна составлять от 70% до 75% Вселенной. Тем временем из темной материи состоит примерно 20–25%. А “обычная” материя — то, что мы видим — составляет меньше 5% Вселенной.

Учитывая, что темная энергия составляет почти три четверти Вселенной, задача разгадки ее сути сегодня считается одним из самых важных вопросов науки, комментирует Марио Ливио, астрофизик из Space Telescope Science Institute:

Пусть темная энергия и не сыграла особой роли в прошлой эволюции Вселенной, она сыграет главную роль в будущей эволюции. Судьба Вселенной зависит от природы темной энергии.


Материал написан по статье
Live Science.