Vårt ekspanderende univers: Alder, historie og andre fakta

Rombasert avbildning tillot visuell utforskning av verdensrommet som aldri før, for eksempel eksploderende stjerner, kolliderende galakser, sorte hull og mer ble synlig i mange bølgelengder i det elektromagnetiske spekteret over jordens atmosfære.

(Bildekreditt: SRON)





Universet ble født med Big Bang som et ufattelig varmt, tett punkt. Da universet bare var 10-3. 4på et sekund eller så gammelt - det vil si en hundrededel av en milliarddel av en billioner av en billioner av et sekund i alder - opplevde den en utrolig ekspansjon som kalles inflasjon, der selve rommet ekspanderte raskere enn lysets hastighet. I løpet av denne perioden doblet universet seg i størrelse minst 90 ganger, og gikk fra subatomisk størrelse til golfballstørrelse nesten umiddelbart.

Arbeidet som går ut på å forstå det ekspanderende universet kommer fra en kombinasjon av teoretisk fysikk og direkte observasjoner av astronomer. Imidlertid har astronomer i noen tilfeller ikke vært i stand til å se direkte bevis - for eksempel gravitasjonsbølger knyttet til den kosmiske mikrobølgebakgrunnen, den gjenværende strålingen fra Big Bang. En foreløpig kunngjøring om å finne disse bølgene i 2014 ble raskt trukket tilbake, etter at astronomer fant at det oppdagede signalet kunne forklares med støv i Melkeveien.

Ifølge NASA fortsatte veksten av universet etter inflasjon, men i en lavere hastighet . Etter hvert som rommet utvidet seg, avkjølte universet og materie dannet. Ett sekund etter Big Bang var universet fylt med nøytroner, protoner, elektroner, anti-elektroner, fotoner og nøytrinoer.



I slekt: Hva er Big Bang -teorien?

I løpet av de tre første minuttene av universet ble lyselementene født under en prosess kjent som Big Bang -nukleosyntese. Temperaturene avkjølt fra 100 nonillion (1032) Kelvin til 1 milliard (109) Kelvin, og protoner og nøytroner kolliderte for å lage deuterium, en isotop av hydrogen . Det meste av deuterium kombineres for å lage helium , og spormengder av litium ble også generert.

De første 380 000 årene eller så var universet i hovedsak for varmt til at lys skulle skinne, ifølge Frankrikes nasjonale senter for romforskning (Centre National d'Etudes Spatiales, eller CNES). Skapelsesvarmen knuste atomer sammen med nok kraft til å bryte dem opp i et tett plasma, en ugjennomsiktig suppe av protoner, nøytroner og elektroner som spredte lyset som tåke.



Omtrent 380 000 år etter Big Bang, avkjølt materie nok til atomer kunne dannes i rekombinasjonstiden, noe som resulterte i en gjennomsiktig, elektrisk nøytral gass , ifølge NASA. Dette løsnet den første lysglimten som ble opprettet under Big Bang, som kan påvises i dag som kosmisk mikrobølge bakgrunnsstråling . Etter dette punktet ble universet imidlertid stupt i mørket, siden ingen stjerner eller andre lyse gjenstander hadde dannet seg ennå.

Omtrent 400 millioner år etter Big Bang begynte universet å dukke opp fra kosmiske mørke tider under epoken med reionisering. I løpet av denne tiden, som varte i mer enn en halv milliard år, kollapset gassklumper nok til å danne de første stjernene og galakser, hvis energiske ultrafiolette lys ioniserte og ødela det meste av det nøytrale hydrogenet.

Selv om utvidelsen av universet sakte sakte som materien i universet trakk på seg selv via tyngdekraften, omtrent 5 eller 6 milliarder år etter Big Bang , ifølge NASA, begynte en mystisk kraft som nå kalles mørk energi å påskynde utvidelsen av universet igjen, et fenomen som fortsetter i dag.



Litt etter 9 milliarder år etter Big Bang, ble vårt solsystem født.

Det store smellet

Big Bang oppsto ikke som en eksplosjon på vanlig måte man tenker på slike ting, til tross for at man kan samle seg fra navnet. Universet utvidet seg ikke til verdensrommet, som plass eksisterte ikke før universet , ifølge NASA I stedet er det bedre å tenke på Big Bang som samtidig utseende av plass overalt i universet . Universet har ikke utvidet seg fra noe sted siden Big Bang - snarere har selve rommet strukket seg og båret materiell med seg.

Siden universet etter sin definisjon omfatter all plass og tid slik vi kjenner det, sier NASA at det er utover modellen til Big Bang å si hva universet ekspanderer inn i eller hva som forårsaket Big Bang. Selv om det er modeller som spekulerer om disse spørsmålene, har ingen av dem gjort realistisk testbare spådommer ennå.

I 2014 kunngjorde forskere fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics at de hadde funnet et svakt signal i den kosmiske mikrobølgebakgrunnen som kan være det første direkte beviset på gravitasjonsbølger, som selv betraktet som en 'røykepistol' for Big Bang. Funnene ble sterkt diskutert, og astronomer trakk snart resultatene tilbake da de innså at støv i Melkeveien kunne forklare funnene deres. mystiske krusninger

Kulehopen NGC 6397 inneholder rundt 400 000 stjerner og ligger omtrent 7 200 lysår unna i den sørlige stjernebildet Ara. Med en estimert alder på 13,5 milliarder år, er det sannsynligvis blant de første objektene i galaksen som ble dannet etter Big Bang.

Kulehopen NGC 6397 inneholder rundt 400 000 stjerner og ligger omtrent 7 200 lysår unna i den sørlige stjernebildet Ara. Med en estimert alder på 13,5 milliarder år, er det sannsynligvis blant de første objektene i galaksen som ble dannet etter Big Bang.(Bildekreditt: European Southern Observatory)

Alder

Universet er for tiden estimert til omtrent 13,8 milliarder år gammelt, gi eller ta 130 millioner år. Til sammenligning er solsystemet bare omtrent 4,6 milliarder år gammelt.

Dette estimatet kom fra måling av sammensetningen av materie og energitetthet i universet. Dette tillot forskere å beregne hvor fort universet ekspanderte tidligere. Med den kunnskapen kunne de skru klokken tilbake og ekstrapolere da Big Bang skjedde . Tiden mellom da og nå er universets alder.

Struktur

Forskere tror at i de tidligste øyeblikkene i universet var det ingen struktur for det å snakke om, med materie og energi fordelt nesten jevnt gjennom. Ifølge NASA, gravitasjonstrekk av små svingninger i stoffets tetthet ga da opphav til den enorme nettlignende strukturen av stjerner og tomhet sett i dag. Tette områder trakk inn mer og mer materie gjennom tyngdekraften, og jo mer massive de ble, desto mer materie kunne de trekke inn gjennom tyngdekraften og danne stjerner, galakser og større strukturer kjent som klynger, superklynger, filamenter og vegger , med 'store vegger' av tusenvis av galakser som når mer enn en milliard lysår I lengde. Mindre tette regioner vokste ikke, og utviklet seg til et område med tilsynelatende tomt rom kalt hulrom.

Innhold

Inntil for omtrent 30 år siden trodde astronomer at universet var sammensatt nesten helt av vanlige atomer eller 'baryonisk materie', ifølge NASA. Imidlertid har det nylig blitt stadig flere bevis som tyder på at de fleste ingrediensene i universet kommer i former som vi ikke kan se.

Det viser seg at atomer bare utgjør 4,6 prosent av universet. Av resten består 23 prosent av mørkt materiale, som sannsynligvis består av en eller flere arter av subatomære partikler som interagerer veldig svakt med vanlig materie, og 72 prosent består av mørk energi, som tilsynelatende driver den akselererende ekspansjonen av universet.

Når det gjelder atomene vi er kjent med, utgjør hydrogen omtrent 75 prosent , mens helium utgjør omtrent 25 prosent, med tyngre grunnstoffer som utgjør bare en liten brøkdel av universets atomer, ifølge NASA.

Form

Universets form og om det er begrenset eller uendelig i omfang, avhenger av kampen mellom ekspansjonshastigheten og tyngdekraften. Styrken til det aktuelle trekket avhenger delvis av stoffets tetthet i universet.

Hvis densiteten til universet overstiger en spesifikk kritisk verdi, er universet ' lukket 'og' positivt buet 'som overflaten på en kule. Dette betyr at lysstråler som i utgangspunktet er parallelle, vil konvergere sakte, til slutt krysse og gå tilbake til utgangspunktet hvis universet varer lenge nok. I så fall, ifølge NASA, universet er ikke uendelig, men har ingen ende , akkurat som området på overflaten av en kule ikke er uendelig, men ikke har noen begynnelse eller slutt å snakke om. Universet vil til slutt slutte å ekspandere og begynne å kollapse inn på seg selv, den såkalte 'Big Crunch'.

Hvis universets tetthet er mindre enn denne kritiske tettheten, er romets geometri ' åpen 'og' negativt buet 'som overflaten på en sal. I så fall har universet ingen grenser og vilje utvide for alltid .

Hvis universets tetthet nøyaktig tilsvarer den kritiske tettheten, er universets geometri ' flat 'med null krumning som et ark, ifølge NASA. I så fall har universet ingen grenser og vil utvide seg for alltid, men ekspansjonshastigheten vil gradvis nærme seg null etter uendelig lang tid . Nylige målinger tyder på at universet er flatt med bare 2 prosent feilmargin.

Det er mulig at universet har en mer komplisert form generelt mens det ser ut til å ha en annen krumning. For eksempel kan universet ha form av en torus, eller smultring .

Utvidende univers

På 1920 -tallet, astronom Edwin hubble oppdaget universet var ikke statisk . Den vokste heller; et funn som avslørte at universet tilsynelatende ble født i et Big Bang.

Etter det var det lenge trodd at materiens tyngdekraft i universet var sikker på bremse utvidelsen av universet . Så, i 1998, ble Hubble romteleskop observasjoner av svært fjerne supernovaer avslørte at for lenge siden utvidet universet seg saktere enn det er i dag. Med andre ord var utvidelsen av universet ikke avtagende på grunn av tyngdekraften, men i stedet var det uforklarlig å akselerere. Navnet på den ukjente kraften som driver denne akselererende ekspansjonen er mørk energi, og det er fortsatt et av de største mysteriene i vitenskapen.

Tilleggsrapportering av Nola Taylor Redd og Elizabeth Howell, guesswhozoo.com -bidragsytere.