Когда во Вселенной появился первый свет?

Автор оригинала: Fraser Cain
  • Перевод
Скорость света даёт нам в руки удивительный инструмент для изучения Вселенной. Поскольку свет перемещается со скоростью всего около 300 000 км/с, глядя на удалённые объекты, мы заглядываем в прошлое.

Мы видим Солнце не непосредственно, а Солнце 8-ми минутной давности. Мы видим Бетельгейзе 642 года назад. Андромеду 2,5 миллиона лет назад. И так можно продолжать далее, заглядывая дальше в пространстве и глубже в прошлое. Поскольку Вселенная расширяется, удалённые объекты раньше были ближе.

Если запустить часы в обратную сторону, и довести их до начала, то вы прибудете в место, бывшее горячее и плотное, чем сегодняшняя Вселенная. Оно было таким плотным, что вся Вселенная сразу после Большого взрыва представляла собой суп из протонов, нейтронов и электронов, которые ничто не удерживало вместе.



После того, как она немного расширилась и охладилась, её плотность и температура стали напоминать то, что происходит в центре звезды вроде нашего Солнца. Она стала достаточно холодной для того, чтобы начали появляться ионизированные атомы водорода.

Поскольку условия во Вселенной соответствовали тому, что происходит в ядре звезды, температуры и давления было достаточно для того, чтобы синтезировать из водорода гелий и другие, более тяжёлые элементы. На основании пропорций наличия элементов во Вселенной сегодня: 74% водорода, 25% гелия и 1% всякого разного, мы знаем, как долго Вселенная находилась в этом «звёздном» состоянии.

Это длилось около 17 минут. От 3 минут, прошедших с момента Большого взрыва, до 20 минут, прошедших с этого момента. И в эти мгновения клоуны собрали столько гелия, что должно хватить на целую жизнь преследования ими людей при помощи скрученных из шариков животных.

Процесс синтеза создаёт фотоны гамма-излучения. В ядре Солнца эти фотоны скачут от атома до атома, прорываются из ядра наружу, через испускающую зону Солнца, и в итоге вылетают в космос. Этот процесс может занять десятки тысяч лет. Но в ранней Вселенной этим изначальным фотонам гамма-излучения деваться было некуда. Повсюду располагалась горячая и плотная Вселенная.

Вселенная продолжала расширяться, и в итоге, всего через несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва, она охладилась достаточно для того, чтобы эти атомы водорода и гелия начали притягивать свободные электроны и превращаться в нейтральные атомы.



Это и был момент появления первого света во Вселенной, между 240 000 и 300 000 годами после Большого взрыва, известный, как эпоха рекомбинации. Впервые фотоны могли немного передохнуть, будучи привязанными к атомам посредством электронов. В этот момент Вселенная превратилась из непрозрачной в прозрачную.

Это самый ранний свет, в принципе доступный астрономам для наблюдения. Давайте хором скажем: Космическое Микроволновое Фоновое Излучение [или реликтовое излучение – прим. перев.]. Поскольку Вселенная с тех пор расширяется уже 13,8 млрд лет, те самые первые фотоны растянулись, испытав красное смещение, и, пройдя ультрафиолет и видимую часть, перешли в микроволновую часть спектра.

Если бы мы могли видеть Вселенную микроволновыми глазами, этот первый взрыв излучения был бы виден в любом направлении. Вселенная празднует своё существование.

После первого взрыва света всё было тёмным, не было звёзд и галактик, только огромное количество изначальных элементов. В начале тёмных веков температура всей Вселенной составляла порядка 4000 К. Сравните это с сегодняшним показателем в 2,7 К. К концу тёмных веков, 150 млн лет спустя, температура опустилась до более разумных 60 К.



В последующие 850 млн лет эти элементы собрались в огромные звёзды из чистого водорода и гелия. Без более тяжёлых элементов могли формироваться звёзды, в десятки и даже сотни раз превышающие по массе наше Солнца. Это звёздное население III, первые звёзды, для наблюдения которых у нас пока нет достаточно мощных телескопов. Астрономы предполагают, что они сформировались спустя примерно 560 млн лет после Большого взрыва.

Затем первые звёзды взрывались как сверхновые, формировались более массивные звёзды, и также взрывались. Очень сложно представить, как всё это выглядело, когда звёзды взрывались будто фейерверки. Но мы знаем, что эти события были настолько частыми и настолько мощными, что они осветили всю Вселенную в эпоху реионизации. Большую часть Вселенной занимала горячая плазма.



Ранняя Вселенная была горячей и ужасной, и в ней не было достаточно тяжёлых элементов, на которых зиждется известная нам жизнь. Кислород нельзя получить без синтеза в звезде, даже в нескольких поколениях звёзд. Наша Солнечная система возникла в результате многих поколений сверхновых, взрывавшихся и засеивавших наш район космоса всё более тяжёлыми элементами.

Я уже упомянул, что Вселенная охладилась с 4000 К до 60 К. Но после примерно 10 млн лет с момента Большого взрыва температура Вселенной ещё составляла порядка 100 С, то есть температуру кипения воды. А ещё через 7 млн лет она охладилась до 0 С, температуры замерзания воды.

Что привело астрономов к мысли, что примерно 7 миллионов лет повсюду во Вселенной можно было найти жидкую воду. А на Земле, где бы мы ни нашли жидкую воду, там же встречается и жизнь.



Возможно, что примитивная жизнь могла сформироваться, когда Вселенной было всего 10 млн лет. Физик Ави Лёб [Avi Loeb] называет это время эпохой обитаемой Вселенной. Никаких доказательств этой возможности нет, но идея очень крутая.

Меня всегда поражает мысль, что вокруг нас в любом направлении существует первый свет, испущенный Вселенной. Ему потребовалось 13,8 млрд лет, чтобы дойти до нас, и хотя для его наблюдения нам нужны микроволновые глаза, он существует, и повсеместен.
Поддержать автора
Поделиться публикацией

Комментарии 25

    +2
    «После первого взрыва света всё было тёмным» — очевидно, это противоречит утверждению, что свет с момента, когда Вселенная впервые после Большого взрыва стала прозрачной существует до сих пор. Напротив, согласно общепринятой модели, свет в начале эпохи рекомбинации приходил отовсюду, и был настолько интенсивным, что мог разогреть вещество до 4000К.
      –2
      Вы смогли меня заинтересовать, продолжайте.
        0
        Мне тоже понравился этот комментарий! Автор продолжайте…
        +3
        Кислород нельзя получить без синтеза в звезде, даже в нескольких поколениях звёзд.

        интересно, что «привело астрономов к мысли, что примерно 7 миллионов лет повсюду во Вселенной можно было найти жидкую воду», если кислорода тогда еще не было?
          +3
          >Впервые фотоны могли немного передохнуть, будучи привязанными к атомам в виде электронов
          Фотоны не превращаются в электроны в общем случае, поправьте
          ps в лс писал, толку ноль. не читает, видимо
            0
            Электрон находясь в атоме может «поглощать» фотон. Видимо, о превращении речь и не идет.
            +2
            Кислород нельзя получить без синтеза в звезде, даже в нескольких поколениях звёзд. Наша Солнечная система возникла в результате многих поколений сверхновых

            Вроде как считается, что существует всего три поколения звезд, причем, третье — гипотетическое.
              –2
              Меня больше интересует как возникло это само вещество, праматерия, то что бомбануло.
                –3
                Предыдущая вселенная сжалась в точку и «бомбанула». Наша скоро прекратит расширение, когда всё расширится на столько, что будет представлять собой равномерное серое железо, потом начнёт сужаться, это будет уже другая вселенная, в которой, возможно, зародится жизнь и свои теории сужающейся вселенной. Сожмётся в точку и «бомбанёт».
                Есть такая теория. А когда появилась самая первая, да кто-ж её знает…
                +2
                Она стала достаточно холодной для того, чтобы начали появляться ионизированные атомы водорода.

                А чем собственно "ионизированные атомы водорода" отличаются от протонов?

                  +1
                  ну например тем, что к ним относятся дейтерий и тритий
                    –1
                    Нейтроном
                    –1
                    Это длилось около 17 минут. От 3 минут, прошедших с момента Большого взрыва, до 20 минут

                    Интересно откуда берутся такие сведения? Большой взрыв это практически возникновение и расширение не только пространства но и времени вместе с ним
                      –1
                      А вот интересно, с каким предельным разрешением мы можем рассматривать прошлое. Есть предел разрешения единичного телескопа. Но ведь можно их объединить в сеть.
                      Можно ли с помощью супер телескопа рассмотреть мелкие детали удаленных планет.

                      Например: миллион лет назад, фотоны отразились от динозавра, отдыхавшего на солнечном берегу и полетели в космос, унося изображение дино. А где-то там, за миллион светолет, кто-то поймал эти фотоны и рассматривает как дино резвится в песочке)
                        –1
                        Сейчас это далеко за гранью наших технических возможностей. Планеты у других звезд замечают только если они проходят мимо звезды, по изменению ее яркости.

                        Если бы кто-то развернул Hubble в сторону земли, то можно было бы получить картинку с разрешением 10-15 см на пиксель. Если развернуть его в сторону луны, получим картинку с разрешением около 6 метров на пиксель.

                        Для того, чтобы увидеть мелкие детали на других планетах, понадобилось бы зеркало совершенно невменяемых размеров. Не говоря уж о том, что яркость динозавра находящегося в миллионе световых лет от наблюдателя будет очень низкой.
                        +1
                        >И в эти мгновения клоуны собрали столько гелия, что должно хватить на целую жизнь преследования ими людей при помощи скрученных из шариков животных.
                        Здравствуй промт 1998 года выпуска.
                          0
                          У меня уже дежавю, часто стали повторяться одни и те де темя. Это уже было от Итана.
                          0
                          и хотя для его наблюдения нам нужны микроволновые глаза, он существует, и повсеместен.

                          Запускаем проект на Kickstarter. С ардуиной и блютузом, разумеется.
                            +1
                            По поводу «эпохи воды», то это очень сомнительно. Было ли спустя 10 миллионов лет после Большого Взрыва достаточное количество кислорода для создания воды?
                              +1
                              про клоунов интереснее всего. перечитывал несколько раз, думал что очепятка и нуклоны таки…
                              но нет, клоуны.
                                0
                                Это длилось около 17 минут.
                                Это утверждение как аксиома, никто со свечкой не стоял — но так принято.
                                Если это наши 17 минут — то их необходимо проиндексировать на момент события. А на тот момент вся вселенная была в одной точке. Естественно со своим собственным, неповторимом уровнем гравитации, и как следствие — своей единицей измерения времени.
                                Так-что взрыв длился если не вечность, то точно половину жизни наблюдаемой вселенной.
                                .
                                  0
                                  А может «вселенных» бесконечное множество?
                                    0
                                    Если запустить часы в обратную сторону, и довести их до начала, то вы прибудете в место, бывшее горячее и плотное, чем сегодняшняя Вселенная

                                    Сильный промпт :)

                                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                    Самое читаемое