Жак Поль – Вселенная с нуля. От Большого взрыва до абсолютной пустоты (страница 7)
В 2016 году международная группа астрофизиков, возглавляемая американцем Паскалем Ойшем, опубликовала результаты наблюдений далекой галактики GN-z11, проведенных в инфракрасном диапазоне Космическим телескопом Хаббла. Эти наблюдения основывались на данных, полученных ранее на самых длинных волнах инфракрасного спектра космическим телескопом Спицера. Именно этот телескоп и обнаружил галактику GN-z11, по размерам в двадцать пять, а по суммарной массе звезд в сто раз меньшую Млечного Пути. Зато эта галактика-эмбрион производит в двадцать раз больше звезд в единицу времени, чем наша. Красное смещение z, которое измерили Ойш и его коллеги, оказалось равным 11,09 – в 2016 году это была самая далекая от нас галактика из всех известных. А тот факт, что она ярко светилась уже через четыреста миллионов лет после Большого взрыва, позволяет сделать вывод, что первые галактики Вселенной, вроде GN-z11, стали основными действующими лицами процесса реионизации.
☛ СМ. ТАКЖЕ
Большой взрыв (Начало расширения)
Вселенная становится прозрачной (380 тысяч лет после начала расширения)
Темные века (13,7 миллиарда лет назад)
Образование крупных структур (13,7 миллиарда лет назад)
Рождение самой древней из известных звезд (13,6 миллиарда лет назад)
13,2 миллиарда лет назад
Катастрофическая смерть первой звезды
Массивная звезда закончила свою короткую эволюцию мощнейшим гамма-всплеском – одним из самых мощных взрывов за всю историю Вселенной.
Не успели астрофизики разделить звезды Млечного Пути на поколение I и поколение II в зависимости от их возраста, как им пришлось ввести в классификацию и поколение III – первых звезд Вселенной. Обнаружить их не удалось, поэтому ученые пришли к выводу, что их жизнь была слишком короткой по сравнению со звездами, которые пришли им на смену. Звезды поколения III должны были быть и более массивными: в среде, лишенной элементов, более тяжелых, чем гелий, существующие модели звездообразования допускают только образование звезд массой в несколько сотен солнечных – слишком массивных для того, чтобы дожить до наших дней.
Непосредственно наблюдать звезды поколения III уже нельзя, однако можно обнаружить те колоссальные всплески гамма-излучения, которые некоторые из них испустили в конце своей довольно короткой жизни. Модель эволюции сверхмассивной звезды предполагает, что через несколько миллионов лет после образования ее ядро может схлопнуться в черную дыру. Окруженная остатками разрушенной звезды, дыра испускает в противоположных направлениях два потока материи, разогнанных до околосветовых скоростей. Истечение этих струй сопровождается самыми мощными всплесками энергии во Вселенной. Во-первых, струи распространяются с огромной скоростью и возникающие в них чудовищные ударные волны порождают мощное гамма-излучение. Во-вторых, в этом процессе формируется и остаточное излучение на всех длинах волн. Однако это излучение быстро ослабевает при взаимодействии с межзвездной средой.
Всплески гамма-излучения бывают настолько яркими, что астрофизики могут обнаружить их на очень больших расстояниях, вплоть до границ наблюдаемой Вселенной. Два телескопа космической обсерватории Neil Gehrels Swift, один из которых работал в диапазоне гамма-излучения, а второй – в рентгеновском диапазоне, засекли 23 апреля 2009 года гамма-всплеск в области галактики GRB 090423 и определили достаточно точные координаты его источника. На основе этих данных международная группа астрофизиков, возглавляемая британцем Найджелом Танвиром, с помощью VLT (
☛
СМ. ТАКЖЕ
Темные века (13,7 миллиарда лет назад)
Рождение самой древней из известных звезд (13,6 миллиарда лет назад)
Гамма-всплеск, видимый невооруженным глазом (7,7 миллиарда лет назад)
12,6 миллиарда лет назад
Появление первых скоплений галактик
Когда Вселенной исполнился миллиард лет, в ней начали образовываться первые скопления галактик. Заглядывая в глубину пространства и времени, астрономы могут наблюдать их формирование.
Основываясь на компьютерных моделях, построенных на гипотезе о темной холодной материи, астрофизики считают, что эволюцию Вселенной можно назвать «восходящей» – Вселенная развивается в направлении образования все более массивных структур. В такой иерархической схеме «от самых маленьких к самым массивным» гигантские скопления галактик становятся наследниками «протоскоплений», постепенно формировавшихся агломераций первичных галактик. Вполне возможно, что в этих протоскоплениях находили прибежище и галактики с так называемым активным ядром, то есть со сверхмассивной черной дырой в центре. Дыра служила точкой аккреции материи из межзвездного пространства; в результате происходили мощные выбросы излучения во всех диапазонах спектра.
В отдаленном уголке космоса, в среде, насыщенной темной и барионной материей, крупная структура может сформироваться путем слияния большого количества скоплений галактик, в свою очередь сформированных в результате последовательных слияний протогалактик. Гигантское протоскопление галактик, общая масса которого составляет как минимум четыреста миллиарда солнечных масс, растягивается на расстояние более сорока миллионов световых лет. Высокая плотность галактик внутри этой огромной структуры приводит к огромному количеству столкновений и поглощений, которые порождают вспышки звездообразования. Протоскопление постепенно растет за счет присоединения новых и новых галактик, в которых начинается образование молодых массивных звезд. В недрах некоторых из этих галактик вполне могут сложиться условия, благоприятные для образования сверхмассивных черных дыр и возникновения активных галактических ядер.
В 2011 году международная группа астрофизиков во главе с американским ученым Питером Капаком исследовала расположенное в созвездии Секстанта скопление активных галактик, все члены которого имели одно и то же высокое красное смещение (z = 5,3). Капак и его коллеги начали сканировать предполагаемое протоскопление в рентгеновском диапазоне с помощью космического телескопа «Чандра», чтобы обнаружить активные ядра галактик – они излучают именно в этом диапазоне. Затем ученые провели такие же исследования на других телескопах, чтобы выявить галактики, в которых образование звезд постепенно угасало. Они вооружились целой батареей телескопов, в числе которых был и космический телескоп «Хаббл», изучая одну галактику за другой и оценивая их красные смещения.
☛ СМ. ТАКЖЕ
Темные века (13,7 миллиарда лет назад)
Образование крупных структур (13,7 миллиарда лет назад)
Ланиакея, наше сверхскопление (6,8 миллиарда лет назад)
Радиус Шварцшильда (1916)
11,8 миллиарда лет назад
Вселенная взрослеет
В возрасте почти двух миллиарда лет Вселенная приобрела вид, достаточно близкий к тому, что мы наблюдаем в XXI веке, – об этом свидетельствуют фотографии дальней Вселенной космическим телескопом «Хаббл».
Через два миллиарда лет после Большого взрыва Вселенная в основном закончила свою эволюцию. Если сравнить этот процесс с развитием человека, можно сказать, что детство Вселенной пришло к концу, и она вступила в период зрелости. Все основные ее характеристики уже оформились; галактические скопления образовали состоящую из миллиарда галактик гигантскую «паутину» с узлами сверхскоплений в точках пересечения нитей. До этого внешний вид Вселенной менялся очень быстро. За несколько сотен миллионов лет – в астрономической шкале времени это очень период – Вселенная из скучного и однообразного пространства, следы которого сохранились в реликтовом излучении, превратилась в веселенький конструктор, в котором то и дело случаются великие астрономические события. С этих пор эволюция Вселенной проявляется скорее на индивидуальном уровне, на уровне цивилизаций, а в галактическом масштабе, в масштабе Млечного Пути, изменения происходят крайне медленно и постепенно.
Историки, пытаясь выяснить, как выглядела та или иная территория в прошлом, вынуждены работать с весьма редкими письменными источниками. У археологов материалов для работы еще меньше – им достаются лишь случайно попадающиеся там и сям черепки. А вот астрофизики, напротив, имеют возможность воочию увидеть мир таким, каким он был в прошлом.
Изображение сверхглубокого поля Хаббла, созданное из множества снимков, сделанных в период с 2003 по 2012 год многочисленными камерами космического телескопа «Хаббл». Область, которую покрывает снимок на небе, относительно невелика и по масштабам эквивалентна площади, занимаемой почтовой маркой, рассматриваемой с расстояния в двадцать метров!
Для этого им достаточно выбрать на заданной площади небесного свода все звезды, расположенные на определенном расстоянии. Поскольку свет распространяется с известной и конечной скоростью, положение на определенном расстоянии в пространстве, по сути, аналогично нахождению в определенном времени в прошлом. При этом желательно выбирать участок неба, в котором нет слишком ярких звезд Млечного Пути, сияние которых может затруднить наблюдение за менее яркими объектами, расположенными на заднем плане.