היקום המתרחב שלנו: גיל, היסטוריה ועובדות אחרות

הדמיה המבוססת על שטח אפשרה חקירה חזותית של החלל כפי שמעולם לא היה כמו כוכבים מתפוצצים, גלקסיות מתנגשות, חורים שחורים ועוד הפכו לגלויים באורכי גל רבים של הספקטרום האלקטרומגנטי מעל האטמוספירה של כדור הארץ.

(אשראי תמונה: SRON)

היקום נולד עם המפץ הגדול כנקודה חמה וצפופה שלא ניתן לתאר. כשהיקום היה רק ​​בן 10-3 .4בן שנייה בערך - כלומר מאית מיליארד טריליון טריליון שנייה בגיל - הוא חווה פרץ התפשטות מדהים המכונה אינפלציה, שבו החלל עצמו התרחב מהר יותר ממהירות האור. במהלך תקופה זו, היקום הכפיל את עצמו לפחות 90 פעמים, והגיע בין גודל תת-אטומי לגודל כדור-גולף כמעט באופן מיידי.



העבודה הנכנסת להבנת היקום המתרחב נובעת משילוב של פיזיקה תיאורטית ותצפיות ישירות של אסטרונומים. עם זאת, במקרים מסוימים אסטרונומים לא הצליחו לראות ראיות ישירות - כמו למשל גלי כבידה הקשורים לרקע המיקרוגל הקוסמי, שאריות הקרינה מהמפץ הגדול. הודעה ראשונית אודות מציאת הגלים הללו בשנת 2014 נסוגה במהירות, לאחר שאסטרונומים מצאו כי האות שנתגלה יכול להיות מוסבר על ידי אבק בשביל החלב.

לדברי נאס'א, לאחר האינפלציה צמיחת היקום נמשכה, אבל בקצב איטי יותר . ככל שהמרחב התרחב, היקום התקרר וחומר נוצר. שנייה אחת אחרי המפץ הגדול, היקום התמלא בנויטרונים, פרוטונים, אלקטרונים, אנטי אלקטרונים, פוטונים ונייטרינו.

קָשׁוּר: מהי תורת המפץ הגדול?

במהלך שלוש הדקות הראשונות של היקום, יסודות האור נולדו במהלך תהליך המכונה נוקלאוזינתזה של המפץ הגדול. הטמפרטורות התקררו מ -100 לא מיליון (1032) קלווין למיליארד (109) קלווין, ופרוטונים ונויטרונים התנגשו ליצירת דוטריום, איזוטופ של מֵימָן . רוב הדוטריום משולב לייצור הֶלִיוּם , וכמויות עקבות של לִיתִיוּם נוצרו גם הם.

על פי 380,000 השנים הראשונות לערך, היקום היה חם מדי מכדי שאור יכול לזרוח, על פי המרכז הלאומי לחקר החלל בצרפת (Centre National d'Etudes Spatiales, או CNES). חום הבריאה ניפץ אטומים יחד בכוח מספיק כדי לפרק אותם לפלזמה צפופה, אטומה מרק של פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים שהפזר אור כמו ערפל.

כ -380,000 שנים לאחר המפץ הגדול, החומר התקרר מספיק כדי שנוצרו אטומים במהלך עידן המחזור, וכתוצאה מכך גז שקוף, ניטרלי חשמלית על פי נאס'א. מערכת זו משחררת את הבזק האור הראשוני שנוצר במהלך המפץ הגדול, הניתן לזיהוי כיום כ קרינת רקע קוסמית במיקרוגל . עם זאת, לאחר נקודה זו, היקום צלל בחושך, מכיוון שטרם נוצרו כוכבים או עצמים בהירים אחרים.

כ -400 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול, היקום החל לצוץ מהמקום עידן אפל קוסמי בתקופה של יוניוניזציה. במהלך תקופה זו, שנמשכה יותר מחצי מיליארד שנים, קרסו גושי גז מספיק כדי ליצור את הכוכבים והגלקסיות הראשונים, שאורם האולטרה סגול אנרגטי הינן והרס את רוב המימן הניטרלי.

למרות התרחבות היקום האטה בהדרגה כשהחומר ביקום משך את עצמו באמצעות כוח הכבידה, כ -5 או 6 מיליארד שנה לאחר המפץ הגדול על פי נאס'א, כוח מסתורי שנקרא כיום אנרגיה אפלה החל להאיץ שוב את התרחבות היקום, תופעה שנמשכת כיום.

קצת אחרי 9 מיליארד שנים אחרי המפץ הגדול, מערכת השמש שלנו נולדה.

המפץ הגדול

המפץ הגדול לא התרחש כפיצוץ בדרך הרגילה שחושבים על דברים כאלה, למרות שאפשר לאסוף משמו. היקום לא התרחב לחלל, כמו החלל לא היה קיים לפני היקום , על פי נאס'א במקום זאת, עדיף לחשוב על המפץ הגדול כ המראה בו זמנית של החלל בכל מקום ביקום . היקום לא התרחב מאף נקודה אחת מאז המפץ הגדול - אלא שהחלל עצמו נמתח ונושא איתו חומר.

מכיוון שהיקום בהגדרתו מקיף את כל המרחב והזמן כפי שאנו מכירים אותו, נאס'א אומרת שהוא כזה מעבר לדגם המפץ הגדול להגיד למה היקום מתרחב או מה הוליד את המפץ הגדול. למרות שיש מודלים המשערים על שאלות אלה, אף אחד מהם לא ביצע תחזיות הניתנות לבדיקה נכון לעכשיו.

בשנת 2014 הודיעו מדענים מהמרכז לאסטרופיזיקה בהרווארד-סמית'סוניאן שהם מצאו אות קלוש ברקע המיקרוגל הקוסמי שיכול להוות הוכחה ישירה ראשונה לגלי הכבידה, שהם עצמם נחשבים כ'אקדח מעשן 'למפץ הגדול. הממצאים התווכחו בלהט, ואסטרונומים החזירו את תוצאותיהם במהרה כשהבינו שאבק בשביל החלב יכול להסביר את ממצאיהם. אדוות מסתוריות

אשכול הכדוריות NGC 6397 מכיל כ -400,000 כוכבים וממוקם במרחק של כ -7,200 שנות אור בכוכבית הדרומית Ara. עם גיל מוערך של 13.5 מיליארד שנים, סביר להניח שבין האובייקטים הראשונים של הגלקסיה שנוצרו לאחר המפץ הגדול.

אשכול הכדוריות NGC 6397 מכיל כ -400,000 כוכבים וממוקם במרחק של כ -7,200 שנות אור בכוכבית הדרומית Ara. עם גיל מוערך של 13.5 מיליארד שנים, סביר להניח שבין האובייקטים הראשונים של הגלקסיה שנוצרו לאחר המפץ הגדול.(אשראי תמונה: מצפה הכוכבים הדרומי באירופה)

גיל

היקום מוערך כיום בכ -13.8 מיליארד שנים בערך, לתת או לקחת 130 מיליון שנים. לשם השוואה, מערכת השמש היא רק בת כ -4.6 מיליארד שנים.

הערכה זו באה ממדידת הרכב החומר וצפיפות האנרגיה ביקום. זה אפשר לחוקרים לחשב כמה מהר היקום התרחב בעבר. עם הידע הזה, הם יכלו להחזיר את השעון לאחור להוציא כאשר המפץ הגדול קרה . הזמן בין אז לעכשיו הוא עידן היקום.

מִבְנֶה

מדענים חושבים שברגעים המוקדמים ביותר של היקום, לא היה לו מבנה לדבר עליו, כאשר החומר והאנרגיה מופצים כמעט באופן אחיד לכל אורכו. על פי נאס'א, ה משיכת כבידה של תנודות קטנות בצפיפות החומר הולידו אז את המבנה העצום דמוי הרשת של כוכבים וריקנות הנראית כיום. אזורים צפופים משכו יותר ויותר חומר באמצעות כוח הכבידה, וככל שהם הפכו למסיביים יותר, כך הם יכלו למשוך יותר חומר באמצעות כוח הכבידה, ויצרו כוכבים, גלקסיות ומבנים גדולים יותר המכונים אשכולות, אשכולות -על, נימים וקירות , עם 'קירות גדולים' של אלפי גלקסיות המגיעות יותר ממיליארד שנות אור באורך. אזורים פחות צפופים לא גדלו, והתפתחו לאזור של שטח לכאורה ריק שנקרא חללים.

תוֹכֶן

עד לפני כ -30 שנה חשבו האסטרונומים שהיקום מורכב כמעט לחלוטין מאטומים רגילים , או 'חומר בריוני', על פי נאס'א. עם זאת, לאחרונה יש יותר ויותר ראיות המצביעות על כך שרוב המרכיבים המרכיבים את היקום מגיעים בצורות שאיננו יכולים לראות.

מסתבר שהאטומים מהווים רק 4.6 אחוזים מהיקום. מהיתר, 23 אחוזים מורכבים מחומר אפל, אשר ככל הנראה מורכב ממין אחד או יותר של חלקיקים תת -אטומיים המתקשרים באופן חלש מאוד עם חומר רגיל, ו -72 אחוזים עשויים מאנרגיה אפלה, מה שכנראה מניע את ההתרחבות המואצת של היקום.

כשזה מגיע לאטומים שאנו מכירים, מימן ממציא בערך 75 אחוז , בעוד הליום מהווה כ -25 %, כאשר יסודות כבדים יותר מהווים רק חלק זעיר מהאטומים של היקום, על פי נאס'א.

צוּרָה

צורת היקום ובין אם הוא סופי או אינסופי במידה ובין אם לא תלויה במאבק בין קצב ההתפשטות שלו לבין משיכת הכבידה. עוצמת המשיכה המדוברת תלויה בחלקה בצפיפות החומר ביקום.

אם צפיפות היקום עולה על ערך קריטי ספציפי, היקום הוא ' סָגוּר 'ו'עקומה חיובית' כמו פני השטח של כדור. המשמעות היא שקורות אור שהן במקביל במקביל יתכנסו לאט, בסופו של דבר יחצו ויחזרו לנקודת ההתחלה שלהן, אם היקום יחזיק מעמד מספיק זמן. אם כן, על פי נאס'א, היקום אינו אינסופי אך אין לו סוף , כפי שהשטח על פני כדור אינו אינסופי אך אין לו התחלה או סוף לדבר עליו. היקום בסופו של דבר יפסיק להתרחב ויתחיל להתמוטט על עצמו, מה שנקרא 'קראנץ' הגדול.

אם צפיפות היקום קטנה מהצפיפות הקריטית הזו, הרי שהגיאומטריה של החלל היא ' לִפְתוֹחַ 'ו'עקומה שלילית' כמו פני האוכף. אם כן, ליקום אין גבולות, ורצון להרחיב לנצח .

אם צפיפות היקום שווה בדיוק לצפיפות הקריטית, הרי שהגיאומטריה של היקום היא ' שָׁטוּחַ 'עם עקמומיות אפס כמו דף נייר, על פי נאס'א. אם כן, אין ליקום גבולות והוא יתרחב לנצח, אך קצב ההתפשטות יגיע בהדרגה להתקרב לאפס לאחר פרק זמן אינסופי . מדידות אחרונות מצביעות על כך שהיקום שטוח עם מרווח שגיאות של 2 אחוזים בלבד.

יתכן שליקום יש צורה מסובכת יותר בסה'כ בעוד שהוא נראה בעל עקמומיות אחרת. לדוגמה, ביקום יכול להיות צורת טורוס, או סופגנייה .

יקום מתרחב

בשנות העשרים אסטרונום אדווין האבל גילה את היקום לא היה סטטי . במקום זאת, הוא התרחב; ממצא שחשף שהיקום נולד ככל הנראה במפץ הגדול.

לאחר מכן, חשבו זמן רב כי חומרת החומר ביקום בטוחה להאט את התרחבות היקום . ואז, בשנת 1998, ה- טלסקופ החלל האבל התצפיות על סופרנובות רחוקות מאוד גילו כי לפני זמן רב היקום התרחב לאט יותר ממה שהוא היום. במילים אחרות, התרחבות היקום לא האטה בגלל כוח הכבידה, אלא במקום זאת באופן בלתי מוסבר הואץ. שמו של הכוח הלא ידוע המניע את ההתפשטות המואצת הזו הוא אנרגיה אפלה, והיא נותרת אחת התעלומות הגדולות ביותר במדע.

דיווח נוסף מאת נולה טיילור רד ואליזבת האוול, תורמות demokratija.eu.