С какой скоростью расширяется Вселенная?

Ученые измерили скорость расширения Вселенной. Оказалось, она равна 73.8 км/сек./мега-парсек. Но что означает эта цифра?

Наука открыла, что Вселенная не только расширяется, но делает это все быстрее и быстрее. Используя яркость звезд для вычислений, ученые смогли рассчитать абсолютно точное значение ускорения Вселенное, которое происходит по мере ее расширения.

Вселенная увеличивается со скоростью в 73.8 километров в секунду на каждые 3.26 миллионов световых лет, плюс-минус 2.4 километров.

То что пространство расширяется означает, что другие галактики удаляются от нас и чем дальше они от нас находятся, тем быстрей движутся. Согласно этому уравнению, Галактики в кластере Девы, находящиеся от нас на расстоянии 50 миллионов световых лет, удаляются со скоростью 1200 км/с. Галактики в скоплении Волос Вероники, расположенные от нас на расстоянии 330 миллионов световых лет, удаляются со скоростью 7000 км/с.

Чем дальше мы заглядываем во Вселенную, тем быстрее другие галактики и кластеры удаляются от нас. Впервые это наблюдение сделал Эдвин Хаббл в 1929 году, и оно привело к закону Хаббла (закону, определяющему расширение Вселенной). С современными средствами наблюдения мы можем подтвердить верность этого закона на миллиарды световых лет во всех направлениях.

Может ли Вселенная расширятся быстрее скорости света?

Скорость света в качестве ограничения применяется лишь к объектам, двигающимся друг относительно друга в одном и том же месте пространства.

Согласно закону Хаббла, Вселенная расширяется не с постоянной скоростью. Некоторые галактики удаляются от нас со скоростью 1000 км/с, другие, находящиеся вдвое дальше, со скоростью 2000 км/с, и т.д. Таким образом, закон Хаббла указывает, что, начиная с некоторого расстояния, называемого Хаббловским, галактики удаляются от нас со сверхсветовой скоростью. Для измеренного значения постоянной Хаббла это расстояние приблизительно равно 14 млрд. световых лет.

Но разве частная теория относительности Эйнштейна не утверждает, что никакой материальный объект не может двигаться быстрее скорости света? А ответ на этот вопрос очень прост. Дело в том, что частная теория относительности применима лишь к движению материи в пространстве, но не к расширению самого пространства.

И наоборот — в законе Хаббла речь идет о скорости расширением пространства, а не движением в пространстве. Этот эффект общей теории относительности не подчиняется частной теории относительности. Удаления галактик со скоростью выше скорости света никак не нарушает частную теорию относительности. Поэтому остается по-прежнему верным, то что никто и ничто не может двигаться быстрее луча света.

Почему расширяется Вселенная?

Скорость расширения Вселенной измерена с огромной точностью и равна 73.8 км/сек./мега-парсек.

Сам факт измерения скорости расширения пространства — это еще одно доказательство того, что Вселенная расширяется. Есть теория, что наблюдаемое нами расширение Вселенной – это всего лишь иллюзия, вызванная расположением нашей галактики в гигантской пустоте. Но беспрецедентная точность данных о скорости расширения Вселенной, позволила отбросить так называемую «теорию пустоты». Теперь все силы науки направлены на изучение того, что заставляет Вселенную расширяться.

Темная энергия

Такое название ученые дали той загадочной силе, которая заставляет Вселенную расширятся, вместо того, чтобы сжиматься под действием гравитации. Учёные также пришли к выводу, что видимые нами звезды и галактики составляют лишь 5% от состава наблюдаемой Вселенной. Большая часть — 68% приходится на таинственную тёмную энергию. Понять эту неуловимую силу отталкивания — заветная цель астрофизиков.

Но темная энергия побеждает не всегда. В регионах с высокой плотностью обычной материи наблюдаются локальные эффекты доминирования гравитации. Поэтому не все галактики удаляются от Млечного Пути. Например наша ближайшая соседка в местной группе — галактика Андромеда — мчится к нам со скоростью 80 км/с и столкнется с нашей Галактикой Млечный Путь через четыре миллиарда лет.

Куда расширяется Вселенная?

Да никуда. Нет никакой космической комнаты, заполненной вещами.

Чтобы осознать это, давайте поймем, что говорит общая теория относительности о пространстве и времени.

В общей теории относительности, наиболее важным свойствами континуума пространства-времени, являются дистанция и временной интервал между двумя точками. На самом деле, дистанция и определяет пространство. Идет время и расстояние между галактиками увеличивается. Но это не галактики разбегаются друг от друга — а это само пространство расширяется вокруг нас.

Непрерывное увеличение расстояния между галактиками может происходит и без фактического движения галактик. Мы измеряем доплеровский сдвиг для удаленных галактик (так называемое «красное смещение») и фиксируем, что движение имеется.

Но в космологических масштабах после того, как далекие галактики испустили свет, и свет добрался до нас, шкала пространства значительно выросла. Поскольку пространство расширилось, увеличилась и длина волны фотонов и мы наблюдаем, «красное смещение».

При чём чем дальше от нас находятся галактики — тем быстрее они удаляются от нас. Из этого вытекает, что большинство далеких галактик удаляются от нас быстрее скорости света. Но на самом деле — это не они не движутся быстрее света, а с бешеной скоростью (все быстрее и быстрее) расширяется сам Космос. Галактики вообще могут оставаться месте.

Факт удаления галактик быстрее скорости света означает, что существуют настолько удалённые части Космоса, что свет, испущенный оттуда, никогда до нас не доберётся. В данный момент это все части, находящиеся на расстоянии 46,1 миллиарда световых лет от нас.

И это значит, что любой объект на расстоянии больше 4.5 гигапарсек (14-15 миллиардов световых лет) останется недосягаемым для нас и для всего, что мы делаем, отныне и навсегда. Все эти объекты, составляющие 97% объёма наблюдаемой Вселенной, находятся вне нашей досягаемости. Даже испущенный от туда прямо сейчас луч света уже никогда не доберётся до нас.

Но есть и другое мнение.

Вселенная не расширяется, а просто толстеет

Астрофизик-теоретик Кристоф Веттерих предполагает, что расширения Вселенной нет вообще. А просто масса всех частиц Вселенной неуклонно растет.

Мы наблюдаем «красное смещение» и считаем, что масса удаляется от нас. Галактики имеют это красное смещение и поэтому ученые говорят, что Вселенная расширяется.

Но Веттерих, который работает в Гейдельбергском Университете в Германии, возражает, что характер света, испускаемого атомами определяется еще и массой их элементарных частиц, в частности электронов. Скорость света конечна, поэтому когда мы смотрим на далекие галактик, мы заглядываем в их прошлое и видим их такими, какими они были, когда испускали свет, который мы наблюдаем.

Но если все массы когда-то были меньше и постоянно увеличивались, то излучение от старых галактик будет сдвинуто в красную часть спектра, а величина красного смещения будет пропорциональна расстоянию до галактик от Земли. Таким образом, это нам кажется, что галактики удаляются друг от друга, хотя на самом деле этого нет и Вселенная просто толстеет и никуда не расширяется.

Ну как как вам такой поворот событий? Согласитесь, что в этом что-то есть и если это так, то мы имеем совсем другую картину мироздания.

Самая далекая и самая древняя галактика во Вселенной. Часть 2

Самая далекая и самая древняя галактика во Вселенной.

С помощью телескопа Хаббл ученные увидели самую удаленную от земли галактику, получившую имя GN-z11. Галактика состоит из очень горячих голубых звезд и находится на расстоянии в 13,4 миллиарда световых лет от Земли в созвездии Большой Медведицы. Ее радиус около 2000 световых лет. Это в 25 раз меньше чем радиус нашей галактика Млечный Путь.

Оказалось, что эта галактика появилась на свет уже через 400 миллионов лет после Большого взрыва. В это время возраст нашей Вселенной составлял лишь 3% от настоящего.

Так как скорость удаления галактики от нас прямо пропорциональна ее расстоянию до Земли, то можно считать что эта галактика удаляется от нас с самой максимальной из возможных скоростей во Вселенной.

Предыдущий рекордсмен галактика UDFj-39546284 образовалась приблизительно через 430 миллионов лет после Большого взрыва и находится на расстоянии 13,37 миллиарда световых лет от Земли.

Учитывая, что Большой взрыв произошел примерно 13,8 млрд лет назад, то галактика GN-z11 появилась на свет на очень раннем этапе эволюции Вселенной. Открытие этой очень яркой галактики на таком огромном расстоянии от Земли ставит под сомнение всю существующую концепцию формирования Мироздания.

А именно. Наблюдения ранних галактик важно тем, что может внести важные коррективы в хронологию Вселенной. Дело в том, что вскоре после Большого взрыва Вселенная заполнилась «туманом», состоящим из атомов нейтрального водорода и не пропускавшим излучение.

Когда зажглись звезды, их ультрафиолет реионизировал этот туман, положив конец «темным векам» и сделав Вселенную наблюдаемой. Согласно последним оценкам, реионизация началась где-то 530 – 550 миллионов лет после Большого взрыва. Но открытие галактик настолько удаленных во времени как GN-z11 показывает, что этот процесс мог начаться раньше или по крайней мере протекал с разной скоростью в разных частях Вселенной.

[lyte id='pJKjwdvY2T8' /]

Самые далекие объекты характеризуются, также красным смещением. Но фотометрические красные смещения могут быть обманчивыми. Предыдущий рекордсмен «самой далекой галактики» имел фотометрическое красное смещение 11,9. Но последующие замеры поставили этот результат под сомнение: на самом деле галактика может находиться намного ближе к Земле, чем предполагалось изначально.

GN-z11 — галактика в созвездии Большой Медведицы (экваториальные координаты: 12ч 36м 25,46с 62° 14′ 31,40″[1]). Имеет красное смещение z = 11,1, свет шёл от галактики 13,4 миллиарда лет, то есть он был испущен спустя 400 миллионов лет после Большого взрыва[1]. Вследствие расширения Вселенной, сопутствующее расстояние до галактики GN-z11 составляет около 32 миллиардов световых лет, скорость удаления (лучевая скорость) галактики, примерно, 295 000 км/с (более 0,98 от скорости света). Галактика GN-z11 меньше Млечного Пути в 100 раз по массе звёзд. Наблюдаемая скорость звездообразования оценочно в 20 раз превышает современную для Млечного Пути.

GN-z11 нашел телескоп «Хаббл», который уже большой срок находится в космосе,однако он вновь доказал, что является особенным телескоп. Когда он только был запущен, земляне изучали галактики, возраст которых лишь перевалил за половину всей космической истории, а сейчас люди вернулись на 97% времени назад и это величайшее достижение.

Тем не менее специалисты полагают, что ветеран космических исследований уже приблизился к грани своих технических возможностей, и заглянуть в самые дальние уголки космоса предстоит уже преемнику «Хаббла».

Такой телескоп, носит имя «Джеймс Уэбб». Он будет настроен на инфракрасное электромагнитное излучение — именно в этом спектре теоретически еще можно различить свет самых первых звезд во Вселенной. А они, скорее всего, находятся на 200 млн световых лет дальше, чем GN-z11. Ученым очень интересно исследовать эти первые звезды и условия, при которых они были рождены. Скорее всего, это были холодные гиганты, образовавшиеся из холодных инертных газов, преобладавших тогда в космосе.

Эти исполины жили яркой, но сравнительно короткой жизнью, и дали первые тяжелые элементы. Они также должны были «поджарить» инертные газы вокруг себя, забирая электроны у атомов, что привело к образованию рассеянной плазмы, которая и по сей день встречается в ближайшем межзвездном пространстве.