Темний бік Всесвіту. Чим космос спантеличив людство

Чим більше люди вивчають космос, тим більше дивних речей вони знаходять. Наше уявлення про Всесвіт за останні 10 років абсолютно змінилося.

Всесвіт розширюється

Давайте згадаємо про теорію Великого Вибуху (ТВТ). Згідно ТВТ 13,77 млрд років тому Всесвіт був дуже компактних розмірів, але мав високу температуру. Весь цей час Всесвіт поступово остигав і розширювався. Це і є теорія Великого Вибуху без вибуху.

Астрофізик Едвін Хаббл ще 100 років тому заявив, що Всесвіт поступово розширюється і незабаром цей процес має сповільнитися. Але недавні дослідження показали, що розширення не тільки не сповільнюється, а навпаки зростає. Що це означає? Найближчі галактики віддаляються від нас зі швидкістю 73,8 кілометра на секунду. І чим далі вони відлітають, тим швидше віддаляються.

За рахунок якої енергії розширюється Всесвіт? У вчених немає відповіді на питання. Є лише припущення, що галактики розштовхує темна енергія. Або це розштовхування є незвичайною властивістю темної матерії. Вченим небагато відомо про ці речовини - тому вони і називаються темними.

Всесвіт на 95% складається з темної матерії, темного випромінювання і темної енергії

А точніше, Всесвіт на 95% складається з незрозуміло чого, що вчені називають «темним». Насправді, всі темні плями на карті Всесвіту - це ні що інше, як недоліки і помилки в загальній теорії відносності Альберта Ейнштейна. Людство поки що не придумало нічого розумнішого за цю теорію, тому доводиться користуватися нею.

На початку був Ньютон зі своїми падаючими яблуками і силою, що діє з нізвідки. Через 300 років з'явився Ейнштейн, який заявив, що ніякої сили немає. Що маса викривляє простір-час навколо себе, а більш дрібні предмети поруч починають рухатися і жити в цьому самому викривленому просторі. Звідси і з'являється теорія про гравітацію.

Цікаво, що відносно масштабів Землі і падаючих яблук, Ньютонівська застаріла фізика може застосовуватися досі. Якщо брати масштаб зоряних систем, то формули Ньютона будуть вже неточними, тут скоріше підійде загальна теорія відносності Ейнштейна.

Але коли ми переходимо до масштабу галактик, а саме пояснення їх пересування, то і формули Ейнштейна дають збій. Тут у людства виник вибір: або визнати формули Ейнштейна неправильними і користуватися ними тільки в масштабі Сонячної системи, або придумати умови, які б пояснили ці відхилення. Наприклад, існування темної матерія, яка плутає всі розрахунки нещасним ученим.

І темна вона не тому, що на стороні зла, а тому що її не можна побачити, помацати. Темну матерію ніколи не виявляли ​​на Землі, але в космосі її аж 73% від загальної кількості об'єктів.

І начебто всі ці «темні» матеріали виглядають як виправдання для вчених. Але насправді не варто шукати каверзи в загальній теорії відносності. Досі всі прогнози Ейнштейна, включаючи гравітаційні хвилі, збувалися. А значить, існування таємничої темної матерії можливе.

3. Всесвіт плоский і безмежний

Наш Всесвіт має великий, але обмежений обсяг. Однак у нього немає меж. Як взагалі це можна уявити? Дуже просто, якщо ви хоча б раз грали в Packman або змійку на Nokia 3310. Головний персонаж гри, який йшов за верхній край ігрового поля, обов'язково з'являвся знизу. Якщо йшов за лівий край, то з'являвся праворуч. Кордонів немає, але вирватися за межі ігрового поля неможливо. Так і з Всесвітом.

Наш Всесвіт має досить чітку прив'язку до евклідової математики. Ніяких жартів і глобальних викривлень немає: сума кутів трикутника дорівнює 180 градусам, а паралельні лінії не перетинаються - все плоско і зрозуміло. Галактики розподілені рівномірно.

Як вчені отримали таку інформацію? Проаналізувавши реліктові випромінювання, які утворилися одразу після Великого вибуху і нікуди не зникли. Через охолодження, світло випромінювання більше не має зв'язку з об'єктами, а вільно переміщається по всьому Всесвіту, переносячи інформацію. Planck - супутник, який вивчає реліктове випромінювання.

Пильний Всесвіт

Всі ми складаємося з зоряного пилу, але в самих галактиках він збирається у величезні хмари, які заважають вченим проводити дослідження. Щодня близько 60 тонн космічного пилу осідає на Землі. Іноді з цього пилу створюються нові зірки і планети. Але для вчених подібні скупчення - справжня перешкода. Пил приглушує світло, що йде від космічних тіл і заважає їх вивчати.

Щоб прояснити ситуацію із Всесвітом поза пиловою хмарою, вчені з Berkeley Lab вирішили скласти власну карту «пилових скупчень». Раніше подібна карта вже складалася. Вчені Гарварду використовували панорамний телескоп Pan-STARRS, щоб зібрати дані про 800 мільйонів зірок і запорошених хмар. Карту можна завантажити безкоштовно.

Але Всесвіт постійно змінюється і розширюється. А значить, і точки координат об'єктів змінюються. Вчені з Berkeley Lab хочуть якомога швидше оновити карту, щоб продовжити своє вивчення темної матерії.

Ніхто не бачив чорних дір, але всі про них говорять

З самої першої згадки про чорні діри пройшло 230 років. Однак, остаточно довести існування чорних дір вдалося лише в минулому році: зіткнення двох темних матерій рознеслося потужними гравітаційними хвилями по всьому Всесвіті.

Згідно з однією з теорій виникнення чорних дір, вважається, що вони лише щабель життєвого циклу зірок. Маленькі зірки перетворюються на білих карликів з щільністю в сотні тонн на кубічний сантиметр. З більших зірок виходять нейтронні зірки. У них щільність становить мільйони тонн на кубічний сантиметр, а розмір набагато менше.

Але якщо маса зірки була дуже великою, то нейтронна зірка не зупиняє свого стиснення, поки не перетвориться на чорну діру. До речі, якщо стиснути Землю до такої ж щільності, вийде кулька діаметром в 9 міліметрів.

Чорну діру побачити складно, через те що вона поглинає світло. Все, що потрапляє за горизонт подій (так називається межа чорної діри), назад ніколи не повертається. Ніхто не знає, що саме відбувається в самій чорній дірі. Вчені називають цей процес сингулярністю.

Взагалі, вчені використовують слово «сингулярність», коли чогось не знають і не можуть розрахувати. До речі, одна з теорій виникнення Всесвіту - вибух тієї самої сингулярності всередині чорної діри.

Головний доказ існування чорних дір - відгомін їхнього зіткнення

Відкриття гравітаційних хвиль підтверджує існування чорних дір. 

Гравітаційну хвилю зареєструвати дуже складно. Щоб її створити, потрібно щоб предмет переміщувався з прискоренням. У цьому проблем немає - пересуваючись люди створюють гравітаційні хвилі. Але вони настільки слабкі, що зафіксувати їх неможливо. Для того, щоб відчути хвилю, потрібен об'єкт набагато більший за людину, Землю чи Сонце.

У лютому 2016 року вчені представили докази існування гравітаційних хвиль. У далекій-далекій галактиці, на відстані 410 мегапарсек, дві надважкі чорні діри злилися в одну, виплеснувши енергію, що дорівнює трьом масам Сонця.

Ця енергія перетворилася на гравітаційну хвилю і летіла до Землі 1,3 мільярда років, напочатку стискаючи і розтягуючи все на своєму шляху, але слабшаючи з кожним пройденим парсеком. Саме злиття таких великих тіл дозволило підтвердити одну з ідей Ейнштейна, яку він висловив у віці 26 років.