Темная сторона Вселенной. Чем космос озадачил человечество

Чем больше люди изучают космос, тем больше странных вещей они видят. Например, наше представление о Вселенной за последние 10 лет совершенно изменилось.

Вселенная расширяется

Давайте вспомним про теорию Большого Взрыва (ТБТ). Согласно ТБТ 13,77 миллиардов лет назад Вселенная была очень компактных размеров, но при этом обладала высокой температурой. Все это время Вселенная постепенно остывала и расширялась. Это и есть теория Большого Взрыва без взрыва.

Астрофизик Эдвин Хаббл еще 100 лет назад определил, что Вселенная равномерно расширяется и вскоре должно замедлиться. Но недавние исследования показали, что расширение не только не замедляется, а наоборот растет. Что это означает? Ближайшие к нам галактики удаляются от нас с скоростью 73,8 километра в секунду. И чем дальше они отлетают, тем быстрее отдаляются.

За счет какой энергии расширяется Вселенная — у ученых нет ответа на вопрос. Есть лишь предположения, что галактики расталкивает темная энергия. Или это может быть необычным свойством темной материи. Ученым известно очень немного об этих веществах, поэтому они и называются темными.

Вселенная на 95 процентов состоит из темной материи, темного излучения и темной энергии

А точнее, Вселенная на 95 процентов состоит из непонятно чего, что ученые именуют «темным». На самом деле, все темные пятна на карте Вселенной — это не что иное, как недочеты и ошибки в общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Человечество пока не придумало ничего умнее этой теории, и приходится пользоваться ей.

В начале был Ньютон со своими падающими яблоками и силой, действующей из неоткуда. Через 300 лет появился Эйнштейн, который заявил, что никакой силы нет. Что масса искривляет пространство-время вокруг себя, а более мелкие предметы рядом начинают двигаться и жить в этом самом искривленном пространстве. Отсюда и появляется теория о гравитации.

Интересно, что относительно масштабов Земли и падающих яблок, Ньютоновская устаревшая физика может применяться до сих пор. Если брать масштаб звездных систем, то формулы Ньютона будут уже неточно описывать происходящее, тут скорее подойдет общая теория Относительности Эйнштейна.

Но когда мы переходим к масштабу галактик, а именно объяснению их передвижения — тут и формулы Эйнштейна дают сбой. И тут у человечества возник выбор: либо признать формулы Эйнштейна неверными и пользоваться ими только в масштабе Солнечной системе. Либо придумать условия, которые бы объяснили эти отклонения. Что существует темная материя, которая и путает все расчёты несчастным ученым.

И темная она не потому что на стороне зла, а потому что ее нельзя увидеть, пощупать. Темная материя никогда не была обнаружена на Земле, но вот в космосе ее аж 73 процента от общего количества объектов.

И вроде все эти «темные» материалы выглядят как оправдание для ученых. Но на самом деле не стоит искать подвоха в общей теории относительности. До сих пор все предсказания Эйнштейна, включая гравитационные волны, сбывались. А значит, существование таинственной темной материи возможно.

3.Вселенная плоская и безграничная

Наша вселенная имеет большой, но ограниченный объем. Однако, у нее нет границ. Как вообще это можно представить? Очень просто, если вы хотя бы раз играли в Packman или змейку на Nokia 3310. Главный персонаж игры, если уходил за верхний край игрового поля, обязательно появлялся снизу. Если уходил за левый край, то появлялся справа. Границ нет, но вырваться за пределы игрового поля невозможно. Так и со Вселенной.

Наша Вселенная имеет довольно четкую привязку к евклидовой математике. Никаких шуток и глобальных искривлений нет: сумма углов треугольника равна 180 градусам, а параллельные линии не пересекаются ­— все плоско и понятно. Галактики распределены равномерно. 

Как ученые получили такую информацию? Проанализировав реликтовые излучения, которые образовались сразу после Большого взрыва и никуда не исчезли. Из-за остывания, свет излучение не имеет больше связи с объектами, а свободно перемещается по всей Вселенной, перенося информацию. Planck — спутник, который изучает реликтовое излучение.

Пыльная Вселенная

Все мы состоим из звездной пыли, но в самих галактиках она скапливается в огромные облака, которые мешают ученым проводить исследования. Ежедневно около 60 тонн космической пыли оседает на Земле. Иногда из этой пыли создаются новые звезды и планеты. Но для ученых подобные скопления — настоящая помеха. Пыль приглушает свет, идущий от космических тел и мешает их изучать

Чтобы прояснить ситуацию со Вселенной вне пылевого облака, ученые из Berkeley Lab решили составить собственную карту «пыльных скоплений». Ранее подобная карта уже составлялась. Ученые Гарварда использовали панорамный телескоп Pan-STARRS, чтобы собрать данные о 800 миллионах звезда и пыльных облаков. Карту можно скачать бесплатно.

Но вселенная постоянно меняется и расширяется. А значит и точки координат объектов меняются. Ученые из Berkeley Lab хотят как можно скорее обновить карту, чтобы продолжить своё изучение черной материи.

Никто не видел черные дыры, но все о них говорят

С самого первого упоминания о черных дырах прошло 230 лет. А окончательно доказать существование черных дыр удалось лишь в прошлом году: столкновение двух темных материй разнеслось мощными гравитационными волнами по всей Вселенной. 

Согласно одной из теорий возникновения черных дыр, считается что они лишь ступень жизненного цикла звезд. Маленькие звезды превращаются в белых карликов с плотностью в сотни тонн на кубический сантиметр. Из более крупных звезд получаются нейтронные звезды. У них плотность составляет миллионы тонн на кубический сантиметр, а размер гораздо меньше.

Но если масса звезды была очень большой, то нейтронная звезда не останавливает своего сжатия, пока не превратится в черную дыру. Кстати, если сжать Землю до такой же плотности, получится шарик диаметром в 9 миллиметров.

Черную дыру увидеть сложно, так как она поглощает свет. Все что попадает за горизонт событий (так называется граница черной дыры) обратно никогда не возвращается. Никто не знает, что именно происходит в самой черной дыре. Ученые называют этот процесс сингулярностью.

Ученые используют слово «сингулярность», когда чего-то не знают и не могут рассчитать. Кстати, одна из теорий возникновения Вселенной — взрыв той самой сингулярности внутри черной дыры.

Главное доказательство существование черных дыр — отголосок их столкновения

Открытие гравитационных волн подтверждает существование черных дыр. 

Гравитационную волну зарегистрировать очень сложно. Чтобы ее создать, нужно чтобы предмет перемещался с ускорением. В этом проблем нет – передвигаясь люди создают гравитационные волны. Но они настолько слабы, что зафиксировать их невозможно. Для того, чтобы почувствовать волну, нужен объект гораздо больше человека, Земли или Солнца.

В феврале 2016 года ученые представили доказательства существования гравитационных волн. В далекой-далекой галактике, на расстоянии 410 Мегапарсеков, две сверхтяжелые черные дыры слились в одну, выплеснув энергию равную трем массам Солнца.

Эта энергия преобразовалась в гравитационную волну и летела к Земле 1,3 миллиарда лет, по началу сжимая и растягивая все на своем пути, но слабея с каждым пройдённым парсеком. Именно слияние таких крупных тел позволило подтвердить одну из идей Эйнштейна, которую он высказал в возрасте 26 лет.