Нереальная реальность

Прошло 380 тысяч лет после Большого Взрыва. Температура упала до 3 000 градусов Кельвина. Интенсивно формируются атомы. Вселенная стала прозрачной.

Прошло 150 миллионов лет после Большого Взрыва. Во Вселенной доминирует реликтовое излучение, водород и гелий. Однако, сложных структур и источников света пока что нет. Космос выглядит тёмным.

Прошёл миллиард лет после Большого Взрыва. Вещество сгруппировалось в протогалактики. Появляются первые плотные и яркие объекты – квазары. Образуются звёзды, происходит постоянный синтез элементов тяжелее гелия – углерода, кислорода и азота. Температура Вселенной составляет 18 градусов Кельвина. Начали взрываться сверхновые, обогащая окружающее пространство элементами с атомным весом выше железа. С этого момента Вселенная приобретает современный вид. Она продолжает расширяться и охлаждаться.

Прошло 13.7 миллиарда лет после Большого Взрыва – наша эпоха. Вселенная включает в себя весь окружающий мир, со всем разнообразием форм материи и энергии. Та её часть, которую можно изучать, называется наблюдаемой Вселенной. В настоящий момент космическое пространство окончательно охладилось, и его температура составляет 2.7 градуса Кельвина, то есть всего на три градуса выше абсолютного нуля. Учёные убеждены, что во всей Вселенной работают одинаковые фундаментальные физические законы.

С момента Большого Взрыва в космосе сформировалась своя иерархия. Отдельные звёзды сгруппированы в галактики, галактики в скопления, а те – в сверхскопления галактик.

Наблюдаемая Вселенная содержит около 100 млрд. галактик. Общее число звёзд в космосе – 1 000 000 000 000 000 000 000. Число огромное, хотя, смотря с чем сравнивать. Примерно такое же количество молекул содержится в глотке воды.

В целом Вселенная очень пустая. В среднем в четырёх кубических метрах пространства содержится всего один атом водорода.

Соседние галактики разделяет около 3 млн. световых лет. На первый взгляд, кажется, что максимально удалённый от нас объект находится примерно на расстоянии в 14 млрд. световых лет. Эта дистанция, которую свет был способен преодолеть с момента Большого Взрыва. На самом деле, такие расчёты неверны.

Дело в том, что Вселенная расширяется. Следовательно, многие объекты располагаются значительно дальше обозначенного выше предела. С момента эпохи свободного испускания фотонов реликтового излучения Вселенная расширилась в 1 292 раза. Расстояние от Земли до «края» наблюдаемой Вселенной сегодня составляет 46.5 млрд. световых лет во всех направлениях. Соответственно, если представить наш мир в виде огромной сферы, то её современный диаметр составляет около 93 млрд. световых лет. Поэтому, иногда встречающееся даже в научной литературе, утверждение, что расстояние до самой далёкой галактики чуть больше 13 млрд. световых лет – ошибочно.

Самым значимым фактом, описывающим природу Мироздания, является именно тот, что Вселенная расширяется. Он означает, что пространство не является жёсткой, неподвижной сущностью. Оно эластично и как бы растягивает космические объекты друг от друга. Расширение Вселенной не является разлётом галактик в пустом пространстве. Это динамическое изменение самой структуры пространства. В рассматриваемом случае отсутствует движение «чего-то в чём-то».

Кстати, сей факт также подразумавает, что удалённые галактики могут двигаться от нас быстрее скорости света. Но сказанное не противоречит специальной теории относительности Эйнштейна. В нашем случае двигаются не галактики. Расширяется само пространство, подобно резине. И скорость этого расширения может быть сверхсветовой.

Свет от какой-либо очень далёкой галактики может вообще никогда не долететь до Земли. Это происходит, когда расширение пространства увеличивает расстояние, которое свету ещё предстоит пролететь до нас, быстрее, чем сама скорость света. Именно тогда, несмотря на то, что галактика реально существует во Вселенной, у нас нет никакой возможности когда-либо её увидеть.

Нам повезло, что на небольших, человеческих масштабах ядерные, электромагнитные и гравитационные силы легко побеждают глобальную силу пространственного расширения. Поэтому разбегаются только удалённые друг от друга галактики, а не отдельные звёзды, планеты и атомы в вашем теле.

Через 100 млрд. лет галактики разбегутся настолько далеко друг от друга, что астрономы будущего изрядно поломают себе голову над вопросом о том, почему космос столь компактен и пустынен. Ведь на их небе можно будет наблюдать всего одну огромную галактику в абсолютно тёмном пространстве.

Мы с вами живём в особую эпоху эволюции Вселенной, в период её наибольшего расцвета и красоты.

Может сложиться обманчивое впечатление, что поскольку все галактики однонаправленно разлетаются от нас, то мы находимся в «центре мира». Это не так. Если бы мы занимали особое положение в космосе, то физические условия в удалённых областях пространства отличались бы от окружающих нас. Но космос очень однороден и выглядит одинаково во всех направлениях. В нём каждая галактика может считаться «центром». Справедливости ради стоит сказать, что если бы мы действительно жили в некоем избранном космическом регионе, то никак не смогли бы распознать этот факт.

Глава 10. Галактики

Логично предположить, что первые звёзды, зародившиеся в космосе, под воздействием сил гравитации стали объединяться в скопления – галактики. Удивительно, но это совершенно не так. Современные астрономические данные показывают, что первые протогалактики сформировались не позднее 400 тыс. лет после Большого Взрыва, то есть раньше, чем появились первые звёзды. Прообразы звёздных скоплений возникли в самом начале существования Вселенной. Как ни парадоксально это звучит, галактики старше самих звёзд, их образующих.

Наилучшим образом процесс формирования галактик объясняет теория инфляции. Их появление было предопределено ещё изначальными квантовыми возмущениями в процессе инфляционного расширения. Можно сказать, что именно тогда обозначился базовый каркас крупномасштабной структуры космоса.

Много позже в тех областях Вселенной, где плотность вещества была немного выше средней, гравитация начала стягивать избытки материи в локальные регионы. Изменение плотности в ограниченной области зарождающегося пространства неизбежно приводило к образованию микроскопических комочков материи. Внутри этих сгустков по мере их охлаждения начал конденсироваться газ. Вокруг этих мизерных неоднородностей происходил процесс гравитационного сжатия и образования газовых туманностей. Потом возникли звёзды, а туманности стали галактиками.

Когда под воздействием сил гравитации вещество концентрировалось в ограниченных областях, оно изначально немного вращалось, поскольку обладало небольшой величиной кинетического момента. Поэтому, самым естественным образом сформировались вращающиеся дискообразные структуры. Сегодня это огромные звёздные семейства.

Типичная галактика в миллиард раз массивнее и в миллиард раз ярче Солнца.

Исходя из этого объяснения, следует вывод о том, что все звёздные скопления должны быть примерно похожи друг на друга. Но это совсем не так. До сих пор остаётся загадкой, почему многообразие галактических структур настолько велико.

Все галактики можно условно разделить по геометрической форме на три вида: спиральные, эллиптические и «неправильные». В наблюдаемой Вселенной 77% составляют спиральные галактики, 20% – эллиптические и всего 3% – «неправильные».

По времени образования эллиптические галактики относятся к ранним, а спиральные и «неправильные» к поздним. Однако, самыми первыми галактиками во Вселенной были именно спиральные и «неправильные». Потом в процессе своей эволюции они постепенно слились в эллиптические.

Наблюдаемые сегодня молодые спиральные и «неправильные» галактики образовались позже старых эллиптических. В спиральных и «неправильных» галактиках много молодых звёзд, а также областей, где они только формируются. В эллиптических галактиках преобладают старые звёзды.

Спиральные галактики представляют собой форму диска с круговым и плоским распределением звёзд. Они достаточно тонкие, в космическом масштабе, конечно. Удивительно, что именно галактик этого вида большинство в наблюдаемой Вселенной. Это странно, потому что их диски очень хрупкие по своей структуре. При слиянии галактик они легко разрушаются. Но почему-то, именно спиральные галактики, к которым, кстати, относится и наш Млечный Путь, удивительно «живучи».

Как правило, самые массивные галактики формируются в форме эллипса. Отсюда их название. Эллиптические галактики не имеют диска, поэтому они не вращаются. Звёзды внутри них перемещаются по случайным орбитам. Большинство эллиптических галактик находится в плотных областях Вселенной, образуя сверхскопления. Эллиптические галактики представляют собой наиболее эволюционно развитые макрокосмические объекты. Многие из них сформировались за счёт поглощения меньших по размеру галактик. При слиянии двух дисковых галактик упорядоченное движение звёзд по орбитам меняется на хаотическое. Именно это свойство присуще эллиптическим галактикам.

Все галактики под воздействием силы гравитации стремятся к слиянию. Например, в настоящий момент Млечный Путь поглощает небольшую эллиптическую галактику в созвездии Стрельца. При слиянии галактик их гигантские молекулярные облака сталкиваются и конденсируются в новые звёзды.

Несмотря на то, что Млечный Путь в настоящий момент мало взаимодействует с другими галактиками, ежегодно в нём образуется около десяти новых звёзд.

Сколько галактик видно невооружённым глазом с Земли? Ответ обескураживает.

Только четыре из сотни миллиардов.

Причём в Северном полушарии, помимо Млечного Пути, можно увидеть лишь Туманность Андромеды. В Южном полушарии человеческому глазу доступны Большое и Малое Магеллановы Облака.

Глава 11. Млечный Путь

Наш дом – Солнечная система – находится в большом звёздном городе под названием Млечный Путь.

Это спиральная галактика, представляющая собой огромный диск. Её диаметр составляет 100 тыс. световых лет. Толщина Млечного Пути около тысячи световых лет. Наша Галактика может содержать до 400 млрд. звёзд. Но придётся вновь разочаровать романтиков – для наблюдений доступна лишь микроскопическая часть. Невооруженным взглядом с Земли можно увидеть только 6 тыс. звёзд, а из них – всего две тысячи одновременно. Это составляет ничтожные 0.0001% от всех звёзд Млечного Пути.

Проблема в том, что Солнечная система расположена в галактической плоскости, то есть в самом неудачном месте для астрономических наблюдений. Именно здесь сконцентрировано вещество, из которого образуются звёзды – газ и пыль. Газ прозрачен, а вот пылевые облака закрывают от нас центр Галактики. Как ни странно, дальний космос более открыт для исследователей, чем ближний. Поэтому мы не можем в полной мере насладиться грандиозностью и красотой нашего звёздного дома. Если бы не было этой межзвёздной пыли, то каждую ночь с Земли мы наблюдали огромный огненный шар в созвездии Стрельца. Центр Млечного Пути затмил бы Луну и был бы самым ярким объектом ночного неба.

Центральная часть галактического диска утолщена и образует шарообразное ядро. Плотность вещества там во много раз больше, чем вблизи Солнца. По мере удаления от ядра концентрация звёзд уменьшается. В нашем регионе в шестнадцати кубических парсек располагается всего одна звезда. Тогда как в центре Млечного Пути в одном кубическом парсеке содержится 10 тыс. звёзд. То есть, мы живём на пустынной окраине огромного мегаполиса.

От центра Галактики отходят четыре спиральных рукава. Солнечная система находится вблизи рукава Ориона, но не в нём самом.

Звёзды в галактическом диске вращаются по круговым орбитам, то есть можно сказать, что Млечный Путь вращается вокруг своей оси. Солнечная система совершает один оборот вокруг центра Галактики за 250 млн. лет.

Расстояние от Солнца до центра Млечного Пути составляет 25 000 световых лет, то есть Солнечная система находится примерно на одном расстоянии от центра Галактики и от её края.

Солнце – одиночная звезда. Таких в Галактике не более 30%. Остальные системы кратные, то есть состоящие из двух и более звёзд-партнёров. Большинство из них двойные, но встречаются даже шестикратные звёздные системы.

Возраст большинства звёзд Галактики составляет от 7 до 10 млрд. лет. Наше Солнце – молодая звезда. А самая старая в Млечном Пути образовалась 13.2 млрд. лет назад. То есть, она моложе Большого Взрыва всего на 500 млн. лет.

Млечный Путь с большой скоростью сближается с галактикой Туманность Андромеды. Примерно через 2 млрд. лет две галактики столкнутся. Однако, никакой катастрофы не произойдёт. Пройдя сквозь друг друга, они на время разойдутся, и, вызвав мощнейшее гравитационное взаимодействие, выделят огромное количество вещества в межзвёздное пространство. А затем окончательно сольются, образовав гигантскую эллиптическую галактику.

Глава 12. Крупномасштабная структура космоса

Млечный Путь относится к гравитационно связанному галактическому скоплению, называемому Местной группой. В её состав входит около 50 галактик.

Самая крупная в Местной группе – галактика М31, известная как Туманность Андромеды. Это наша ближайшая соседка. Расстояние до неё – 2.52 млн. световых лет. Млечный Путь и Туманность Андромеды – две гигантские спиральные галактики. М31 больше нашей примерно на треть.

В состав Местной группы входят также галактики среднего размера. Самые известные – М33 галактика Треугольника, а также Большое и Малое Магеллановы Облака.

Кроме того, к Местной группе относятся отдельные карликовые галактики. У нашего Млечного Пути есть 14 маленьких спутников. У Туманности Андромеды 18 карликовых соседей. Есть несколько небольших отдельных галактик, которые прямо не связаны с Млечным Путём, Туманностью Андромеды и Треугольником.

Общий поперечник Местной группы составляет около трёх миллионов световых лет.