Квазари і народження Всесвіту

Квазари

Поглянувши на ясне нічне небо, ми побачимо міріади таємниче мерехтливих зірок. Найяскравіші з них, видимі неозброєним оком, можуть бути віддалені від нас на кілька тисяч світлових років. За допомогою телескопа їх можна розрізнити на відстанях, в тисячі разів більших, – в мільйони світлових років.

На ще великих відстанях окремі зірки розрізняти вже неможливо, але їх можна бачити об’єднаними в галактики – зоряні системи, подібні до нашої, в якій знаходиться Сонце. Ці галактики налічують тисячі і сотні тисяч мільйонів зірок. Загальне випромінювання таких галактик може бути уловлено на відстанях в мільярди світлових років. Світло від них, реєстроване фотопластиною, почало свій шлях ще в той час, коли на Землі тільки зароджуватися життя.

І все ж таким шляхом ми можемо охопити лише невелику частину Всесвіту. Нам необхідно проникнути набагато далі в глибини простору і часу, щоб стали ясніше історія і будову Всесвіту. Небесні тіла, які ми можемо бачити зараз, – зірки і галактики – почали формуватися більше 10 мільярдів років тому. Таким чином, треба повернутися, принаймні, на 10 мільярдів років у минуле, щоб зрозуміти історію розвитку матерії.

До Коперника картина світобудови представлялася людині нескладною. Центром світу була Земля, природне місце концентрації матерії. Коперник зрушив земну кулю з цього привілейованого становища. Його послідовник і друг Галілей, італійський філософ Джордано Бруно говорив вже про нескінченне число світів у Всесвіті. Він представлявся заповненим небесними тілами однорідної щільності, рівномірно розподіленими в часі і просторі, подібно молекулам газу в замкнутій посудині.

Спочатку зірки і наше Сонце розглядалися в якості молекул цього «космічного газу». Але після робіт американського астронома Едвіна Хаббла «молекулами космології» стали галактики – ці острови матерії, що містять мільярди зірок.

Однак природа виявилася складніше. Галілей був впевнений, що одні й ті ж закони фізики застосовні і до небес і до Землі. Але якщо застосувати закон всесвітнього тяжіння до газу, що заповнює нескінченний об’єм (наприклад, до «газу», в якому роль молекул грають галактики), то нескладний розрахунок показує, що цей газ не може знаходитися в стані рівноваги. Буде переважати або сила тяжіння, або космічне відштовхування. Утворений галактиками газ повинен обов’язково розширюватися або стискатися.

У 1926 році спостереження Хаббла довели, що Всесвіт розширюється. Чим далі ми проникаємо в глибини простору, тим швидше розбігаються від нас видимі галактики. Спостереження незмінно підтверджують закон Хаббла, за яким швидкість розбігання галактик пропорційна їх відстані від нас.

Галактики на відстані 1 мільярда світлових років мають швидкість розбігання 30000 кілометрів на секунду, тобто рівні швидкості світла. Галактики, віддалені на відстань вдвічі більшу – на 2 мільярда світлових років, розбігаються вдвічі швидше, і т. д. Наш Всесвіт не статичне, нерухоме утворення. Перед нами розгортається картина, що змінюється згодом.

Оскільки ми живемо в еволюціонуючому Всесвіті, ми не можемо не будувати припущень про його минуле і майбутнє. Як довго продовжиться це розбігання, це розширення Всесвіту? Якщо воно буде тривати нескінченно, то галактики розійдуться одна від одної на настільки гігантські відстані, що світло будь-якої з них вже не дійде до колись найближчих до неї сусідів. Чи судилося і нашій Галактиці, Чумацькому Шляху, перетворитися на самотній острів, що пливе у безмежній порожнечі?

Припустимо, ми запускаємо фільм історії у зворотний бік – у минуле, а не в майбутнє. Ми побачимо тоді, як галактики зближуються одна з одною. Приблизно 10 мільярдів років тому вся матерія Всесвіту була сильно сконденсована. Розширення мало розпочатися зі стану виключно високої щільності, а його початок – нагадувати вибух.

Багато астрономів, спираючись на розрахунки російського вченого А. Фрідмана, взяли гіпотезу, згідно якої матерія у Всесвіті спочатку перебувала в надщільному стані. Шляхом теоретичних розрахунків вони намагалися вивести з цього сучасні умови Всесвіту. Інші робили ряд застережень, вважаючи, що ланцюг дедуктивних висновків, що простягнувся настільки далеко в минуле, залежить від безлічі самих незначних обставин, які могли бути упущені.

Однак завдяки відкриттю радіохвиль, що приходять до нас з бездонних глибин космосу (1965-1966), в морі припущень і гіпотез з’явилася перша надійна точка опори. В області метрових і довших радіохвиль ми можемо приймати радіовипромінювання галактик та інших небесних тіл. У міліметровому діапазоні випромінювання в основному утворюється в атмосфері й іоносфері Землі. А ось в проміжному, сантиметровому, діапазоні космос мовчить.

При більш ретельному дослідженні «безмовного діапазону» було відкрито слабке теплове випромінювання. Джерелами цього некогерентного випромінювання не є які-небудь відомі небесні тіла; воно не приходить із якихось певних ділянок неба. Це «фоновий шум», що рівномірно заповнює весь Всесвіт і однаковий у всіх напрямках. Він відповідає температурі 3° за шкалою Кельвіна (шкала абсолютних температур), або -270 ° за Цельсієм.

Фонове випромінювання – всього лише слабкий радіошум, але, коли ми усвідомлюємо, що воно рівномірно заповнює весь Всесвіт, його важлива роль стає очевидною. Це випромінювання містить в мільярди разів більше фотонів, ніж загальне число атомів у Всесвіті, а щільність його енергії в сотні тисячі разів перевищує щільність енергії світла, випромінюваного всіма зірками.

Якщо ми шляхом дедукції прийдемо до висновку, що, чим глибше в минуле, тим меншим і меншим був обсяг простору, займаний Всесвітом, то, чим далі за часом ми віддалимося в минуле, тим частіше будемо зустрічатися все з більш і більш інтенсивними випромінюваннями і з більш і більш високими температурами. Оскільки зараз температура «фону» становить 3° К, то 5000000000 років тому вона повинна була складати 6° К, а 7000000000 років тому 30° К.

Можна дати тільки одне пояснення такому великому числу фотонів в космічному просторі: вони утворилися в згустку матерії величезної щільності і надзвичайно високої температури, як і повинно було бути 10 мільярдів років тому, коли почалося розширення Всесвіту.

Від цієї первинної стадії – у міру того як випромінювання охоплює все більший і більший обсяг – температура убуває по адіабатичному закону. Нинішня температура 3° К свідчить про те, що початковій точці розширення Всесвіту відповідав особливий стан матерії з температурою, що перевищує мільйон мільйонів градусів, причому основну роль відігравало тоді випромінювання, а не частинки, з яких побудовано речовину.

Відповідно до розрахунків російського вченого Я. Б. Зельдовича протягом першої секунди розширення температура впала до 10000000000 градусів, а до кінця першої хвилини – до декількох мільйонів градусів. З цього моменту речовина стала переважати над випромінюванням, почалося утворення перших атомних ядер. Протягом перших 10000000 років температура впала до 4 тисяч градусів і в масі іонізованої плазми з’явилися умови для утворення нейтральних атомів, з повним набором електронів, що оточують ядро.

Після цього протяжні області швидко рухомого газу почали еволюціонувати: з кожної сформувалася основа галактики. Поступово Всесвіт набув сучасного вигляду, а ми тим самим просунулися зі світу не надто обґрунтованих припущень до доводів науки, що спирається на спостереження.

Цілком природно, що залишкове випромінювання з температурою 3° К дає нам лише загальну, чи не детальну картину народження атомів і галактик. Інформація, яку ми можемо отримати з нинішнього стану речовини в атомній формі, також дає нам спотворену картину.

Справа в тому, що важкі елементи безупинно народжуються у Всесвіті і зараз. Тому майже неможливо з’ясувати початкову пропорцію різних елементів, визначити щільність і температуру на початковому етапі. Ось чому астрономи вважали б найбільшим відкриттям, якби вдалося отримати прямі, неспотворені відомості, що дають нам необхідну інформацію про початкову фазу розширення Всесвіту.

По суті справи, нам потрібні маяки, які були б видно на колосальних відстанях і, отже, сяяли б в мільйони і мільйони разів яскравіше зірок і в сотні разів яскравіше галактик. Саме такі маяки допомогли б нам простежити в глибинах часу і простору шлях, пройдений Всесвітом, і дали б можливість розкрити його будову.

Зараз міцніє впевненість, що астрономам вдалося відкрити такі маяки. Ці світила були названі «квазарами» (від quasi-stellar). Насправді вони являють собою особливого роду галактики, помилково прийняті спочатку за зірки.

Далі буде.

Автор: Дьордь Маркс.

P. S. О чем еще говорят британские ученые: о том, что наверняка с точки зрения квазаров, все наши мелкие земные проблемы и заботы вроде того, где купить диплом специалиста или еще что-то в таком роде, является сущим пустяком.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *