Вселенная с нуля. От Большого взрыва до абсолютной пустоты - Жак Поль

расстоянии, надо быть очень яркой свечой. В конце ХХ века некоторые астрофизики решили, что в качестве таких объектов могут пригодиться термоядерные сверхновые. В двойной системе звезд, из которых одна является белым карликом, создаются порой такие условия, что карлик стягивает на себя внешние оболочки своего компаньона. В этом случае масса карликовой звезды достигает предела Чандрасекара (1,44 солнечной массы), и происходит термоядерный взрыв с выбросом в пространство очень горячей материи. Термоядерные сверхновые, образующиеся в результате схлопывания звезд с одинаковой массой, должны иметь и совершенно одинаковое свечение – верный признак истинной стандартной свечи.

Используя очень далекие термоядерные сверхновые в качестве стандартных свечей, две международные группы ученых доказали, что все они удалены на расстояние явно большее, чем предсказывали расчеты по классической модели Вселенной. Это открытие означает, что скорость расширения Вселенной растет, вместо того чтобы замедляться под влиянием суммарной гравитации всей находящейся в ней материи. За это открытие два американских космолога – Сол Перлмуттер и Адам Рисс, а также австрало-американский космолог Брайан Шмидт в 2011 году получили Нобелевскую премию по физике. Оказалось, что Вселенная сегодня переполнена некоей формой энергии – «темной энергией», чье отрицательное давление выглядит как отталкивающая антигравитационная сила. Из-за расширения плотность материи постепенно снижается; плотность темной энергии, наоборот, не меняется. Темная энергия стала основной составляющей Вселенной через девять миллиарда лет после фазы инфляции, и расширение Вселенной вновь начало ускоряться.

☛ СМ. ТАКЖЕ

Большой взрыв (Начало расширения)

Инфляция (10–35 секунд после начала расширения)

Взрыв сверхновой (–4500)

Мисс Ливитт и масштабы расстояний (1912)

Появление Солнечной системы

Девять миллиарда лет прошло с момента Большого взрыва. Уже более двухсот миллионов лет назад Вселенная преодолела последний этап своей эволюции, когда темная энергия стала ее основной составляющей. Эта таинственная сущность с тех пор превалирует над темной материей так же, как и над материей обычной, так называемой барионной. История нашей Вселенной с этих пор – история событий, которые привели к возникновению Земли, нашей планеты. Она находится в нашей Галактике – Млечном Пути – спрятавшейся в скромном галактическом скоплении – Местной группе – на периферии сверхскопления – Ланиакеи. Сосредоточившись на формировании планетной системы на окраинах Млечного Пути, мы тем не менее не оставим без внимания и некоторые крупные события, информация о которых поступает из глубин Вселенной. Но, концентрируясь в основном на Солнечной системе, мы отойдем от привычной манеры подачи истории, принятой в школьном преподавании, то есть перечисления подвигов нашей самой прекрасной в мире страны. Большинство событий, описанных в этой части книги, покажутся вовсе незначительными, но именно из них состоит история нашей общей деревни – Солнечной системы и планеты Земля – нашего дома, единственного известного уголка Вселенной, где существует жизнь.

Достаточно ли это веская причина, чтобы придавать особое значение нашему уголку Вселенной? Бернар Ле Бовье де Фонтенель опубликовал в 1686 году рассуждение «Беседы о множественности миров» и положил начало нескончаемой дискуссии о существовании внеземной жизни. В наши дни все больше астрофизиков склоняются к мнению, что на других планетах могут существовать разные формы жизни. Как и американский ученый Карл Саган, многие считают, что обратная вероятность – «мы одни во Вселенной» – никогда не сможет быть доказана, в силу древней мудрости, что отсутствие доказательств не является доказательством отсутствия.

Но тем не менее крошечный уголок космоса, где эволюционирует Земля, заслуживает усиленного внимания. События, которые происходили во время формирования нашей Солнечной системы, на самом деле представляют собой замечательный пример того, каким образом могли образоваться иные планетные системы, которые астрофизики не устают открывать вокруг многочисленных звезд Млечного Пути.

4,57 миллиарда лет назад

Рождение Солнца

Фрагмент молекулярного облака на окраине Млечного Пути, сжимаясь, начал уплотняться. Этот сгусток вещества стал нашим Солнцем. Вокруг него начал вращаться диск, из которого образовались все другие тела Солнечной системы.

Ланиакея, локальное сверхскопление, представляет собой один из узлов гигантской космической сети. Он удерживает вместе более десяти тысяч галактик. На его окраине расположена скромная галактическая группа – Местная группа, состоящая из примерно шестидесяти членов. Млечный Путь – один из самых заметных из них. Уже более четырех миллиарда лет назад массивное гало из темной материи сформировало в этом звездном острове посреди пустоты тонкий диск из звезд и газа, в основном водорода, с небольшой примесью гелия и щепоткой других элементов. В основном этот газ имеет очень малую плотность (менее одного атома на кубический сантиметр), однако местами он сконцентрирован в большие и существенно более плотные туманности. Молекулы и частицы пыли делают непрозрачными эти облака из пыли и молекул, одно из которых некогда плавало на окраине Млечного Пути.

Внутри этого облака, как и везде в пространстве, действовала гравитация. Неожиданно, по причинам до сих пор до конца не ясным, весьма значительный кусок облака неожиданно начал сжиматься, проваливаться сам в себя. Может быть, по нему прошла одна из волн плотности, которая сформировала специфическую структуру спиральных рукавов Млечного Пути? Или по нему промчалась ударная волна от взрыва близкой массивной звезды? Но как бы там ни было огромный облачный пузырь сжался под влиянием собственного веса и превратился в зародыш звезды, внутри которой гравитационная энергия перерождалась в тепловую. Сжатие пузыря закончилось, когда температура в его центре поднялась до уровня, на котором в водородной плазме начинаются циклы термоядерных реакций.

В недрах протозвезды высвободилось огромное количество энергии, которое было выброшено в пространство в виде света. Звезда родилась…

Это был довольно банальный эпизод в наблюдаемой Вселенной, где в секунду рождаются тысячи звезд, однако для человечества этот случай стал решающим, поскольку эта звезда стала впоследствии известна под именем Солнце. Из того же облака сформировались и другие звезды, сестры Солнца. Со временем их собственные движения разнесли их далеко друг от друга.

Перед окончательным сжатием протозвезда – будущее Солнце – окружила себя нимбом из газа и пыли. Излучение звезды, родившейся в центре этой туманности, способствовало тому, что туманность распалась на мириады отдельных тел, которые стали слипаться в более крупные образования. Именно из одного из них возникнет будущая Земля… Это сценарий, в который астрофизики XXI века с помощью современных знаний превратили старую гипотезу солнечной туманности, дорогую сердцу философов века Просвещения.

☛ СМ. ТАКЖЕ

Большой взрыв (Начало расширения)

Формирование диска Млечного Пути (8,8 миллиарда лет назад)

Ланиакея, наше сверхскопление (6,8 миллиарда лет назад)

Расширение Вселенной ускоряется (4,8 миллиарда лет назад)

Солнце – атомная электростанция (4,57 миллиарда лет назад)