היקום: המפץ הגדול עד עכשיו ב -10 צעדים פשוטים

התרשמותו של אמן זה מציגה גלקסיות בזמן פחות ממיליארד שנה לאחר המפץ הגדול, כשהיקום עדיין התמלא חלקית בערפל מימן שספג אור אולטרה סגול.

התרשמותו של אמן זה מציגה גלקסיות בזמן פחות ממיליארד שנה לאחר המפץ הגדול, כשהיקום עדיין התמלא חלקית בערפל מימן שספג אור אולטרה סגול. (אשראי תמונה: ESO / מ. קורנמסר)

מבוא



פרוטוקולוס מרוחק במיוחד זה מייצג קבוצת גלקסיות הנוצרות מוקדם מאוד ביקום, כמיליארד שנה בלבד לאחר המפץ הגדול.



סובארו/ פ. קאפק (SSC/ קאלטק)

התיאוריה המקובלת בכל הנוגע למוצא ולאבולוציה של היקום שלנו היא מודל המפץ הגדול, שקובע שהיקום התחיל כנקודה חמה וצפופה להפליא לפני כ -13.7 מיליארד שנים. אז איך עבר היקום מלהיות שברי סנטימטר (כמה מילימטרים) למה שהוא היום?

להלן פירוט המפץ הגדול עד כה ב -10 שלבים קלים להבנה.

לקח לא מעט יותר משבעה ימים ליצור את היקום כפי שאנו מכירים אותו כיום. demokratija.eu מסתכל על תעלומות השמים בסדרה בת שמונה חלקים: ההיסטוריה והעתיד של הקוסמוס. זהו חלק 3 בסדרה ההיא.

שלב 1: איך הכל התחיל



NASA/WMAP

NASA/WMAP

המפץ הגדול לא היה פיצוץ בחלל, כפי ששמו של התיאוריה עשוי להעיד. במקום זאת, זה היה מראה החלל בכל מקום ביקום, אמרו חוקרים. על פי תיאוריית המפץ הגדול, היקום נולד כנקודה בודדת לוהטת מאוד, צפופה מאוד בחלל.

הקוסמולוגים אינם בטוחים מה קרה לפני הרגע הזה, אך עם משימות שטח מתוחכמות, טלסקופים קרקעיים וחישובים מסובכים, מדענים עבדו כדי לצייר תמונה ברורה יותר של היקום המוקדם והיווצרותו. [ סיפור מלא ]

חלק מרכזי מכך נובע מתצפיות על רקע המיקרוגל הקוסמי, המכיל את זוהר האור והקרינה שנותרו מהמפץ הגדול. שריד זה של המפץ הגדול חודר ליקום וגלוי לגלאי מיקרוגל, מה שמאפשר למדענים לחבר רמזים של היקום המוקדם.

בשנת 2001, השיקה נאס'א את משימת בדיקת האנטישמיות של מיקרוגל וילקינסון (WMAP) לחקור את התנאים כפי שהם היו ביקום המוקדם על ידי מדידת קרינה מרקע המיקרוגל הקוסמי. בין תגליות אחרות, WMAP הצליח לקבוע את גיל היקום - כ -13.7 מיליארד שנים.

שלב 2: התפרצות הצמיחה הראשונה של היקום



האבל מזהה 500 גלקסיות ביקום המוקדם

NASA, ESA ו- S. Beckwith (STScI) וצוות HUDF

כשהיקום היה צעיר מאוד - משהו כמו מאית מיליארד טריליון של טריליון שניות (וואו!) - הוא עבר פרח צמיחה מדהים. במהלך פרץ ההתפשטות הזה, המכונה אינפלציה, היקום צמח בצורה אקספוננציאלית והכפיל את נפחו לפחות 90 פעמים.

'היקום התרחב, וככל שהתרחב, הוא נהיה קריר יותר וצפוף פחות', אמר דיוויד ספרל, אסטרופיזיקאי תיאורטי מאוניברסיטת פרינסטון בפרינסטון, ניו ג'רזי, ל- demokratija.eu. [ סיפור מלא ]

לאחר האינפלציה, היקום המשיך לצמוח, אך בקצב איטי יותר. ככל שהמרחב התרחב, היקום התקרר וחומר נוצר.

שלב 3: חם מדי לזרוח



אסטרונומים מזהים פיצול שני של היקום

NASA/WMAP

יסודות כימיים קלים נוצרו בשלוש הדקות הראשונות להיווצרות היקום. ככל שהיקום התרחב, הטמפרטורות התקררו והפרוטונים והניוטרונים התנגשו ליצירת דוטריום, שהוא איזוטופ של מימן. חלק ניכר מדאוטריום זה יוצר הליום.

עם זאת, במשך 380,000 השנים הראשונות לאחר המפץ הגדול, החום העז מיצירת היקום גרם לו להיות חם מדי מכדי שאור יכול לזרוח. האטומים התרסקו יחד בכוח מספיק כדי להתפרק לפלזמה צפופה ואטומה של פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים שפיזרו אור כמו ערפל.

שלב 4: שיהיה אור

מפת סקיי חדשה יכולה לעזור לחשוף כיצד נוצר היקום

קונסורציאות ESA/ LFI ו- HFI

כ -380,000 שנים לאחר המפץ הגדול, החומר התקרר מספיק כדי שהאלקטרונים יתחברו עם גרעינים ליצירת אטומים ניטרליים. שלב זה מכונה 'רקומבינציה', וספיגת האלקטרונים החופשיים גרמה ליקום להפוך לשקוף. האור ששוחרר בזמן זה ניתן לזיהוי כיום בצורה של קרינה מרקע המיקרוגל הקוסמי.

עם זאת, עידן השילוב הלך אחריו תקופה של חושך לפני שנוצרו כוכבים וחפצים בהירים אחרים. [ סיפור מלא ]

שלב 5: יוצאים מתקופות החושך הקוסמיות

אשכול גלקסי ענק הראה ביקום מוקדם

ESA XMM-Newton/EPIC, LBT/LBC, AIP (J. Kohnert)

בערך 400 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול, היקום החל לצאת מימיו האפלים. תקופה זו באבולוציה של היקום נקראת עידן היינון מחדש.

השלב הדינמי הזה נחשב להימשך יותר מחצי מיליארד שנים, אך בהתבסס על תצפיות חדשות, מדענים חושבים שייתכן שהיונן מחדש קרה מהר יותר ממה שחשבו בעבר. [ סיפור מלא ]

במהלך תקופה זו, גושי גז קרסו מספיק כדי ליצור את הכוכבים והגלקסיות הראשונים. האור האולטרה סגול הנפלט מאירועים אנרגטיים אלה פינה והרס את רוב גז המימן הניטרלי שמסביב. תהליך היינון מחדש, בתוספת ניקוי גז מימן ערפילי, גרם ליקום להיות שקוף לאור אולטרה סגול בפעם הראשונה.

שלב 6: עוד כוכבים ועוד גלקסיות

תמונה זו של טלסקופ החלל האבל של חללי האשכול הכדוריים M15 כ -120 שנות אור. למעלה מ -100,000 כוכבים מהווים שריד זה משנותיו הראשונות של הגלקסיה שלנו, וכדור הכוכבים ממשיך להקיף את שביל החלב

ESA, האבל, נאס'א

אסטרונומים מסרקים את היקום ומחפשים את הגלקסיות הרחוקות והוותיקות ביותר כדי לעזור להם להבין את המאפיינים של היקום המוקדם. באופן דומה, על ידי לימוד הרקע המיקרוגל הקוסמי, אסטרונומים יכולים לעבוד לאחור כדי לחבר את האירועים שהתרחשו קודם לכן. [ סיפור מלא ]

נתונים ממשימות ישנות יותר כמו WMAP וסייר הרקע הקוסמי (COBE), שהושק בשנת 1989, ומשימות שעדיין פועלות, כמו טלסקופ החלל האבל, שהושק בשנת 1990, כולן עוזרות למדענים לנסות לפתור את התעלומות המתמשכות ביותר ולענות על השאלות הכי מתווכחות בקוסמולוגיה.

שלב 7: לידת מערכת השמש שלנו

כוכבי הלכת של מערכת השמש כפי שמתואר על ידי איור מחשב של נאס

נאס'א

על פי ההערכות, מערכת השמש שלנו נולדה קצת אחרי 9 מיליארד שנים אחרי המפץ הגדול, והפכה אותה לכ -4.6 מיליארד שנים. על פי ההערכות הנוכחיות, השמש היא אחת מתוך יותר מ -100 מיליארד כוכבים בגלקסיית שביל החלב שלנו בלבד, ומקיפה בערך 25,000 שנות אור מהליבה הגלקטית.

מדענים רבים חושבים שהשמש ושאר מערכת השמש שלנו נוצרו מענן גז ואבק ענק המסתובב המכונה ערפילית השמש. כאשר כוח הכבידה גרם לקריסת הערפילית, היא הסתובבה מהר יותר והשתטחה לדיסק. במהלך שלב זה, רוב החומר נמשך לכיוון המרכז ליצירת השמש. [אינפוגרפיקה של מערכת השמש: מבפנים החוצה]

שלב 8: הדברים הבלתי נראים ביקום

התנגשות קוסמית קולוסאלית חושפת חומר אפל מסתורי

צילום רנטגן: NASA/CXC/CfA/M.Markevitch et al .; אופטי: NASA/STScI; מגלן/אריזונה/ד.קלאו ואח '; מפת עדשה: NASA/STScI; ESO WFI; מגלן/אריזונה/ד.קלאו ואח '.

בשנות השישים והשבעים החלו האסטרונומים לחשוב שאולי יש יותר מסה ביקום ממה שנראה לעין. ורה רובין, אסטרונומית במכון קרנגי בוושינגטון, צפתה במהירויות הכוכבים במקומות שונים בגלקסיות.

פיסיקה ניוטונית בסיסית מרמזת שכוכבים בפאתי הגלקסיה יסתובבו לאט יותר מכוכבים במרכז, אך רובין לא מצא הבדל במהירויות הכוכבים הרחוקים יותר. למעשה, היא גילתה שכל הכוכבים בגלקסיה כאילו מקיפים את המרכז באותה מהירות פחות או יותר. [ סיפור מלא ]

המסה המסתורית והבלתי נראית הזו נודעה בשם חומר אפל. חומר אפל מסיק בגלל משיכת הכבידה שהוא מפעיל על חומר רגיל. אחת ההשערות קובעת שהדברים המסתוריים יכולים להיווצר על ידי חלקיקים אקזוטיים שאינם מתקשרים עם אור או חומר רגיל, ולכן זה היה כל כך קשה לזהות.

החומר האפל מהווה 23 % מהיקום. לשם השוואה, רק 4 אחוזים מהיקום מורכב מחומר רגיל, המקיף כוכבים, כוכבי לכת ואנשים.

שלב 9: היקום המתרחב והאץ

אשכול הגלקסי השמנמן מציע שאנרגיה כהה הייתה חזקה מזמן

NASA, ESA, D. Coe (מעבדת הנעה סילוני של נאס'א/המכון הטכנולוגי של קליפורניה ומכון טלסקופ החלל), N. Benitez (המכון לאסטרופיזיקה של אנדלוסיה, ספרד), T. Broadhurst (אוניברסיטת חבל הבסקים, ספרד) , וה 'פורד

בשנות העשרים גילה האסטרונום אדווין האבל תגלית מהפכנית על היקום. באמצעות טלסקופ שנבנה לאחרונה במצפה הר ווילסון בלוס אנג'לס, האבל הבחין שהיקום אינו סטטי, אלא מתרחב.

עשרות שנים מאוחר יותר, בשנת 1998, טלסקופ החלל הפורה הקרוי על שם האסטרונום המפורסם, טלסקופ החלל האבל, חקר סופרנובות רחוקות מאוד ומצא כי לפני זמן רב היקום מתרחב לאט יותר ממה שהוא היום. גילוי זה הפתיע מכיוון שחשבו זמן רב שכוח הכובד של החומר ביקום יאט את התרחבותו, או אפילו יגרום לו להתכווץ. [ סיפור מלא ]

אנרגיה אפלה נחשבת הכוח המוזר המפרק את הקוסמוס במהירות הולכת וגוברת, אך היא נשארת בלתי מזוהה ועוטפת מסתורין. קיומה של אנרגיה חמקמקה זו, הנחשבת להוות 73 אחוזים מהיקום, היא אחד הנושאים הנדונים ביותר בקוסמולוגיה.

שלב 10: אנחנו עדיין צריכים לדעת יותר

יקום מואץ ואנרגיה אפלה עשויות להיות אשליות

נאס'א

למרות שהתגלה הרבה על יצירתו והתפתחותו של היקום, ישנן שאלות מתמשכות שנותרו ללא מענה. חומר אפל ואנרגיה אפלה נותרו שתיים מהמסתורין הגדולים ביותר, אך הקוסמולוגים ממשיכים לחקור את היקום בתקווה להבין טוב יותר כיצד הכל התחיל.

לקח לא מעט יותר משבעה ימים ליצור את היקום כפי שאנו מכירים אותו כיום. demokratija.eu מסתכל על תעלומות השמים בסדרה בת שמונה חלקים: ההיסטוריה והעתיד של הקוסמוס. זהו חלק 3 בסדרה ההיא.