Когда свет впервые включается во вселенной
Вселенная в зачаточном состоянии не была ярким местом, которое мы знаем сегодня.
NASA / ESA
Большой взрыв, как многие космологи любят указывать, не был очень шумным. Ничего не взорвалось. Но это не означает, что это не занятое и захватывающее событие. Порыв инфляции был мощным излиянием энергии, которое, безусловно, включало свет. И все же энергия, содержащаяся в этой ранней Вселенной, была такой, что свет не мог даже убежать. Для того, чтобы свет мог быть замечен, телескопами или глазами любого вида, он должен иметь возможность путешествовать от своего источника к наблюдателю. Но вселенная, когда она впервые существовала, была слишком забита возбужденными частицами для прохождения света. Представьте себе младенческую вселенную в качестве первого мастера пинбола, моргнув фотонов назад и вперед и вокруг, никогда не позволяя им просто падать, чтобы свободно течь в космос. Весла и рычаги в этом случае были плотными морями электронов,
Вселенная в зачаточном состоянии не была хорошо упорядоченной системой, которой она является сегодня. В эти дни материальные глыбы. Да, в звезды и астероиды, но также и в гораздо меньшие единицы, такие как молекулы и даже нейтральные атомы; знакомая модель положительного ядра, окруженная орбитальными электронами.
Однако, когда вселенная сформировалась, эта иерархия еще не существовала. Электроны и протоны свободно текла в супе с частичной энергией. Космосу потребовалось примерно полтора миллиона лет, чтобы успокоиться, чтобы протоны и электроны соединились. Космологи называют эту эпоху рекомбинацией , но в ней нет ничего «повторного». Это был первый случай, когда элементарные частицы соединялись с атомами.
Как только они это сделали, игра в пинбол остановилась, и свет позволил беспрепятственно протекать через вселенную, которая в конечном итоге состояла из пустого пространства, столь распространенного сегодня. Но в то время был только один свет: треск энергии от Большого Взрыва, уже древний, но только тогда позволивший путешествовать в первый раз. Вселенная только что смогла объединиться, чтобы образовать атомы, и сияющие звезды все еще были на расстоянии.
Итак, после того, как блеск Большого Взрыва исчез, вселенная снова стала темной, примерно на 400 миллионов лет.
NASAWMAPfirststars
Первые звезды были бы гигантскими, блестящими объектами.
Научная группа НАСА / WMAP
Второй свет
. Вселенная много решилась. Астрофизики скажут вам, что холодный газ является ключом к созданию звезд, и так было с самого начала. И Большой взрыв был ничем, если не был горячим. Материал, который он сделал, занял тысячелетия, чтобы успокоиться настолько, чтобы образовать простейшие атомы, единый протон и электрон, соединяющие силы для образования водорода. Чтобы успокоиться, чтобы эти атомы склеились друг с другом, чтобы сила тяжести захватила власть и начала разрушаться облаками газообразного водорода, потребовалось гораздо больше времени.
Но в конце концов начались те же процессы, что и сегодня: атомы остывали и безумно вздымались под собственной жарой. Сгустки образовались, а затем гравитация взяла верх и потянула больше материи. В те дни водород и гелий были почти единственной игрой в городе. Ранняя вселенная была сделана из чего-то вроде 75% водорода, 25% гелия и следов лития и бериллия (то есть элементов один-четыре, для тех из вас, кто смотрит на таблицу элементов). Это говорит по массе. Если вы хотите количество атомов, это еще более однобокое, потому что водород легче гелия. Считая атомы вместо граммов, отношение больше похоже на 92% водорода и 8% гелия, опять же следы других элементов.
Это означает, что самые ранние звезды были очень чистыми. Более того, только эти элементы, дрейфующие вокруг в газовой форме, существовали вообще. Большие молекулы, такие как пыль, которая теперь мешает нашему космосу, не успели накопить. Это затрудняет охлаждение облаков газа. Это означает, что когда водород образует комки, для создания звезд достаточно облаков, чтобы обладать огромными облаками. Поэтому первыми звездами были левиафаны. Ученые не согласны с тем, насколько они велики. Но консервативные оценки ставят их примерно в 30 и, более вероятно, в 300 раз больше массы нашего солнца. Более экстремальные оценки составляют до 1000 солнечных масс.
CASA
Первые звезды взорвались бы в конце их жизни, как и Кассиопея А в нашей более современной вселенной.
NASA / CXC / SAO
Оставляя знак на Вселенной,
Звезды, подобные этим, горели бы больше, чем звезда, подобная нашему солнцу, и это, в свою очередь, развязывало бы мощное количество ультрафиолетового излучения. Когда ученые ищут это первое поколение звезд (смутно называемое звездами популяции III), этот отпечаток блестящего УФ-света в окружении звезды - это то, что они ищут. Некоторые даже предполагают, что нашли его всего за 190 миллионов лет после Большого взрыва, наполовину возраст всей вселенной, который ожидали ученые.
Таким образом, вселенная рождала огромные звезды, которые быстро горели через их почти чистое водородное топливо всего за несколько миллионов лет. Физике требуется только около 100 солнечных масс, прежде чем звезде суждено закончить свою жизнь как сверхновая. Таким образом, эти бегемоты определенно взорвались, развязав в космос множество тяжелых элементов, загрязнив их и изменив состав вселенной навсегда.
Эти массивные звезды и черные дыры, которые они создали, привлекали больше звезд вокруг них, и первые галактики начали появляться. Звезды всех размеров рождаются в новых звездных питомниках. И теперь вселенная, как мы ее знаем, наконец появилась.