Невидимый для глаз: холодная и далекая вселенная

  1. Как рождаются звезды
  2. Подъем и эволюция галактик
  3. Ранняя вселенная

Перевод Евы Стоклоса.

В пятой и последней статье серии, посвященной астрономии и электромагнитному спектру, мы рассмотрим, как ученые используют миссию Европейского космического агентства для наблюдения неба в дальнем инфракрасном, субмиллиметровом и микроволновом диапазонах.

Облако, в котором они возникаютзвезды, Орион А, виделКосмическимГершельская обсерваторияпринадлежащий ЕКАОблако, в котором они возникают
звезды, Орион А, видел
Космическим
Гершельская обсерватория
принадлежащий ЕКА.

Изображение предоставлено ЕКА
/ Гершель / Ph André, D
Полихрони, А Рой, В Кёнивес,
N Schneider для пояса Гулда
Ключевая программа опроса

В пяти тысячах световых лет от Земли находится самый холодный известный объект во вселенной - туманность Бумеранг, или умирающая звезда, которая оставила облако газа при температуре всего на один градус выше абсолютного нуля (0 К). Это облако, как и другие крутые объекты во вселенной, невидимо невооруженным глазом.

Чем холоднее объект, тем больше световых волн он излучает. w1 , При температуре 50 К и ниже холодные области межзвездного газа и космической пыли излучают свет в дальнем инфракрасном диапазоне (от 25 до 350 мкм) и субмиллиметрах (от 350 мкм до 1 мм), то есть волны намного длиннее, чем те, которые мы видим на наших глазах. Итак, как мы узнаем, что эти классные объекты существуют? Чтобы обнаружить излучение и «увидеть» объекты за пределами видимого света, астрономы используют специализированные телескопы, которые регистрируют инфракрасные, субмиллиметровые и микроволновые сигналы.

Этот подход не лишен трудностей: свет такой длины поглощается водяным паром и другими молекулами атмосферы Земли, что делает наземные наблюдения чрезвычайно сложными, а в случае дальнего инфракрасного излучения они просто невозможны. Атмосфера излучает свет длиной многих инфракрасных волн, сама являясь нежелательным источником подавления шума космическими сигналами, в которых заинтересованы астрономы.

Чтобы решить эти проблемы, телескопы, обнаруживающие длинные волны, могут быть размещены в сухих, высоких местах. Например, самый большой радиоастрономический приемник - Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) - расположен в чилийских Андах. Его расположение на 5000 метров делает его одним из самых высоко расположенных мест наблюдения в мире, и свет, который в нем изучается, исходит от самых крутых объектов во вселенной (как описано Миньоне и Пирс-Прайс, 2010 ).

Туманность Бумеранг молодаяпланетарная туманностьсамый крутой из известныхмы возражаем вВселеннаяТуманность Бумеранг молодая
планетарная туманность
самый крутой из известных
мы возражаем в
Вселенная.

Изображение предоставлено ЕКА
/ НАСА

Европейское космическое агентство w2 (Европейское космическое агентство, ЕКА) пошло еще дальше, и 14 мая 2009 года две новые космические обсерватории запустили космос. Космическая обсерватория им. Гершеля и спутник Планка работали над атмосферой Земли, изучая холодную и далекую вселенную. В астрономии наблюдение за отдаленными объектами означает возвращение во времени. Телескоп, наблюдающий за галактикой за 100 миллионов световых лет, показывает нам объект таким, каким он выглядел 100 миллионов лет назад, когда он излучал свет. Наша вселенная расширяется, поэтому длина световых волн, испускаемых далекими звездами и галактиками, растягивается еще дальше, прежде чем они достигнут телескопа на Земле или вокруг нее - это явление называется красным смещением w3 ,

Космическая обсерватория им. Гершеля имела 3,5-метровый телескоп для наблюдения в дальнем инфракрасном и субмиллиметровом диапазоне, и ее миссия состояла в том, чтобы изучить происхождение и эволюцию звезд и галактик. В свою очередь, целью спутника Планка было изучение излучения, остающегося после Большого взрыва, путем наблюдения всего неба в субмиллиметровом и микроволновом диапазоне. К 2013 году, когда обе миссии были завершены, их наблюдения предоставили астрономам много недостающей информации.

Как рождаются звезды

При наблюдении на длинных волнах можно отчетливо наблюдать холодную смесь проникающих в газ и пыль галактик. Эта межзвездная среда является сырьем, из которого происходят звезды и планеты: в самых плотных областях молекулярных облаков гравитация сжимает и осаждает газ и пыль, что в конечном итоге приводит к рождению звезд.

Полностью развитые звезды сияют наиболее ярко с точки зрения ультрафиолета, видимого света и ближней инфракрасной области (как описано в Миньоне и Барнс, 2014 ), но первые стадии звездообразования можно наблюдать и в других диапазонах электромагнитного излучения. Одиночные прото-звезды в Млечном Пути и близлежащих галактиках могут наблюдаться в дальних инфракрасных и субмиллиметровых волнах.

Наблюдения телескопа Гершеля показали, что межзвездная среда нашей галактики переплетается с волокнами марлевых и пылевых структур в каждом масштабе. От близлежащих облаков с зарослями волокон длиной в несколько световых лет до гигантских структур, простирающихся на сотни световых лет на спиральных рукавах Млечного Пути, эти существа, о которых лишь немногие были известны до миссии Гершеля, кажутся повсюду.

Астрономы считают, что волокна важны для формирования звезд: когда плотность газа и межзвездной пыли в волокне превышает критическое значение, она может стать нестабильной под действием силы тяжести, создавая более плотные скопления вещества, которые в конечном итоге могут образовывать звезды.

Просматривая все небо, спутник Планка обнаружил тысячи прохладных и плотных скоплений, в которых рождаются звезды, и показал, что они, кажется, не изолированы друг от друга, а связаны друг с другом. Они образуют огромные волокнистые структуры, пересекающие Млечный путь, напоминающие более мелкие волокна, обнаруженные космической обсерваторией Гершеля.

Подъем и эволюция галактик

Наблюдение за регионами Млечного Пути, в которых рождаются новые звезды, дает нам теперь понимание процессов звездообразования ближе к Земле. Однако миссия Гершеля была также важна для изучения эволюции звездообразования в галактиках на протяжении всей истории космоса.

Исследования, основанные на наблюдениях Гершеля, показывают, например, что в истории Вселенной большинство звезд было создано довольно спокойным образом, в галактиках, считающихся «нормальными» для той эпохи, в которой они наблюдаются, а не в результате насильственных и бурных событий, таких как слияние галактик.

Такие связи, хотя и впечатляющие, относительно редки и длятся недолго. Они не доминировали в космической истории звездообразования в течение по крайней мере последних 10 миллиардов (1010) лет. Необходимым условием звездообразования является правильное количество звездообразующего газа в галактике, который может поставляться межгалактическими потоками холодного газа.

Ранняя вселенная

Самый старый свет в истории нашей вселенной, которому 13,8 миллиардов лет, - это Космический микроволновый фон (CMB) - остаток теплового излучения Большого взрыва. CMB - это след горячего, плотного состояния раннего космоса, созданного всего через 380 000 лет после этого события, которое является самым ранним моментом, который можно наблюдать через свет. Это сокровищница информации о происхождении и эволюции структур во вселенной, и ее можно наблюдать с помощью микроволн.

Планк был третьей космической миссией по изучению этой реликвии ранней вселенной по небу после того, как спутники COBE и WMAP были запущены НАСА. Спутник Планка создал чрезвычайно подробную карту крошечных перепадов температур CMB - всего на 0,00001 К выше и ниже фоновой температуры 2,73 К w4 ,

Небольшие колебания показывают области с немного различной плотностью материи, заполняющей ранний космос до появления каких-либо звезд и галактик. Они стали зародышами, вокруг которых впоследствии могли быть сформированы все будущие структуры, включая сегодняшние звезды и галактики.

Карта Планка, безусловно, является наиболее точным изображением ранней вселенной, подтверждает общепризнанное изображение космоса и позволяет астрономам с еще большей точностью оценить его возраст, скорость расширения и состав.

Итак, как мы узнаем, что эти классные объекты существуют?