Вселенские волокна удержали первые звёзды тёплой материей

Ну не забавно ли это? Мы пока не знаем, из чего сделана чёрная материя, но догадываемся, для чего она нужна. Эта субстанция — гравитационный каркас, что не позволяет рассыпаться мирозданию.

Но это не единственная её функция — так как чёрная материя бывает разнообразной! И в различное время она по-различному воздействует на материю простую! К примеру, по окончании Громадного взрыва она вела себя совсем не так, как на данный момент.

О том, что в отечественных знаниях об окружающем мире имеется важный пробел, учёные додумались приблизительно 70 лет назад. Тогда стало известно, что многие большие объекты во Вселенной (типа галактик) имеют гравитацию намного громадную, чем та, которой они должны владеть с позиций теории. А источник данной веса назвали чёрной материей — чёрной оттого, что мы никак не можем зафиксировать её конкретно.

Но чёрная материя показалась отнюдь не в прошлом веке, а намного раньше: Наверное, по окончании, в противном случае и на протяжении Громадного взрыва.

Это грандиозное событие, с которого началась жизнь Вселенной, случилось около 13,5 миллиардов лет назад. Словом, произошло это так в далеком прошлом, что астрологи из университета вычислительной космологии (Institute for Computational Cosmology) при университете Дарема (Durham University) — Том Тьюнс (Tom Theuns) и Лян Гао (Liang Gao) — не смогли на нём находиться лично.

Вселенские волокна удержали первые звёзды тёплой материей

Вверху — модель распределения тёплой чёрной материи, внизу — холодной. Тёплая чёрная материя снабжает существование больших волокон, холодная — более небольших фрагментов, каковые должны будут «скомковаться» в будущие звёзды (иллюстрация Liang Gao, Tom Theuns).

Мало расстроившись вследствие этого, учёные решили воссоздать тот самый «фейерверк» посредством замечательнейшей компьютерной техники. И, самое основное, в собственной модели они решили учесть поведение не только простой, но и чёрной материи. Причём они возжелали изучить сходу две разновидности чёрной материи: холодную и тёплую.

В соответствии с модели, свежевзорвавшаяся Вселенная сначала была довольно равномерной — за исключением маленьких колебаний плотности в различных направлениях — этакой вселенской ряби. Неспешно эта рябь начала укрупняться, как говорят Тьюнс и Гао — из-за действия гравитации на частицы чёрной материи.

Фрагменты трёхмерной компьютерной модели различных частей одного из волокон. Слева цветами продемонстрировано распределение температур от низкой (чёрный) до горячей (яркий).

Справа показано изменение плотности волокна от малой (светло синий) до высокой (оранжевый) (иллюстрация Liang Gao, Tom Theuns).

Со временем это стало причиной формированию первых звёзд приблизительно через 100 миллионов лет по окончании Громадного взрыва (увидим сходу, что возможность Громадного бума исследователи не допускали). А чтобы выяснить механизм этого процесса, учёные условно поделили чёрную материю на холодную и тёплую.

Компьютерная модель космологов продемонстрировала, что часть чёрной материи — так называемая холодная — двигалась довольно медлительно. Со временем она оказала влияние на формирование отдельных изолированных объектов — звёзд.

Издание Science сделал основной темой выпуска статью о космических волокнах. Вы имеете возможность почитать как её официальную версию на сайте издания, так и её препринт-вариант (иллюстрация Liang Gao, Tom Theuns, Institute for Computational Cosmology, Durham University/Science).

Тёплая чёрная материя, наоборот, разлеталась с громадной скоростью и была связана с громадными весами веществ — целыми объединениями звёзд. Но те древние «конструкции» не имели ничего общего с современными звёздными скоплениями — они представляли собой огромные структуры в виде волокон, состоящих как из «несложной», так и из чёрной материи.

Модель продемонстрировала, что каждое такое волокно растягивалось приблизительно на 9 тысяч световых лет. Они были пара холоднее окружающей их среды. Барионная (то бишь простая, «нетёмная») масса таких волокон, по оценкам, была равна приблизительно 10 миллионам Солнц.

Волокна пребывали в очень нестабильном состоянии и скоро разделялись на фрагменты под действием гравитации холодной чёрной материи. Из этих кусков скоро началось формирование звёзд самых разных «калибров» — их веса колебались от простых звёздных весов до нескольких тысяч солнечных! Это, кстати, в некоей степени соответствует концепции об увесистости ранних звёзд.

По той теории, ранние звёзды были короткоживущими объектами, но Тьюнс и Гао говорят, что те древние объекты сохранились и поныне. Нельзя исключать кроме того (опять-таки, согласно точки зрения экспериментаторов), что имеется такие звёздочки-старухи и в родном Млечном пути.

А вот эти космические волокна… Ой, нет, это не космические волокна, а астрологи из университета Дарема — Лян Гао и Том Тьюнс! По словам последнего, многих астрофизиков весьма тревожит таковой вопрос: «Куда делись потомки первых звёзд?» Сейчас ответ на него известен: «Никуда они не делись, а искать их возможно хоть в отечественной галактике. А залогом их существования во многом помогает тёплая чёрная материя» (фото с сайтов star-www.dur.ac.uk и dur.ac.uk).

Вот лишь формировались они не так, как строятся теперешние звёзды.

на данный момент данный процесс начинается со сжатия молекулярного облака, преобразовывающегося в протозвёзду, которая позже эволюционирует определённым образом — в зависимости от различных условий. Тогда же, в древности, это довольно часто происходило в противном случае: плотность вещества в волокне была высокой, и столкновения объектов в него были неизбежными. В частности, звёзды субсолнечных весов сливались между собой, давая начало более большим светилам.

Объекты, появившиеся в следствии этого, в соответствии с Тьюнсу и Гао, владели малым содержанием металлов. Так вот, исследователи говорят, что на данный момент в отечественной Галактике «обитают» звёзды, характеризующиеся как раз таким составом. Следовательно, и появились они из материала старейших протозвёзд.

Учёные считают, что сжатие холодной чёрной материи в волокон имело возможность приводить не только к объединению вещества в звёзды, но и к его концентрации в более массивные «комки». А этим сгусткам дорога одна — в чёрные дыры. Фактически, исследователи уверены в том, что именно в то время вследствие этого и сформировались огромные чёрные дыры, каковые сейчас сидят в центрах многих нынешних галактик.

Это модель формирования отдельного волокна размером около 90 тысяч световых лет под действием тёплой материи практически сразу после Громадного взрыва. Волокно не крутится — это около него вращается камера, которая имела возможность бы снимать данный процесс. Сие действо должно было заниматьмногие миллионы лет (анимация с сайта star-www.dur.ac.uk).

В ту эру господствовала тёплая чёрная материя, которая и снабжала существование скоплений вещества в виде волокон. Со временем они стали понемногу «рассасываться», что неким образом подтверждает вторая модель — трёхмерная карта чёрной материи.

Напоследок отметим, что учёные пока не смогли заманить чёрную материю ни в какой капкан. Конечно, и пощупать её до тех пор пока никому не довелось: ни нобелевскому лауреату, ни шнобелевскому неясно, из каких элементарных частиц состоит эта таинственная сущность. Однако, известно — наука уже располагает убедительными доказательствами того, что загадочная субстанция вправду существует на свете.

А ещё оказалось, что процесс звёздообразования в то время сопровождался интенсивным излучением в различных диапазонах, которое ярко подсвечивало космические волокна изнутри. По всей видимости, тогда Вселенная смотрелась легко потрясающе. Но, и по сей день она выглядит хорошо — вы уж нам поверьте!

Лекция 6. Первый и Второй Вселенские соборы


Темы которые будут Вам интересны: