Céu estrelado acima por muito tempo era para o homem um símbolo da eternidade. Somente na Nova Era as pessoas perceberam que as estrelas "fixas" realmente se movem, e com velocidades enormes. No século vinte a humanidade se acostumou a um fato ainda mais estranho: as distâncias entre sistemas estelares - galáxias, não são amigo vinculado entre si, as forças da gravidade aumentam constantemente.

E o ponto aqui não está na natureza das galáxias: o próprio Universo está se expandindo! A ciência natural teve que se desfazer de um de seus princípios fundamentais: todas as coisas mudam neste mundo, mas o mundo como um todo é sempre o mesmo. Este pode ser considerado o evento científico mais importante do século XX.

Tudo começou quando Albert Einstein criou a teoria geral da relatividade. Suas lições descrevem propriedades fundamentais matéria, espaço e tempo. (“relativo” em latim soa como relativus, então as teorias baseadas na teoria da relatividade de Einstein são chamadas de relativísticas).

Aplicando sua teoria ao universo como todo o sistema, Einstein descobriu que tal solução, que corresponderia a um universo que não muda com o tempo, não funciona. Isso não satisfez o grande cientista.

Para obter uma solução estacionária para suas equações, Einstein introduziu um termo adicional nelas - o chamado termo lambda. No entanto, até agora ninguém foi capaz de encontrar qualquer justificação física para este termo adicional.

Início dos 20 anos matemático soviético A. A. Fridman resolveu as equações para o Universo teoria geral relatividade sem impor condições de estacionaridade. Ele provou que poderia haver dois estados para o universo: um mundo em expansão e um mundo em contração. As equações obtidas por Friedman são usadas para descrever a evolução do Universo na atualidade.

Todas essas considerações teóricas não foram de forma alguma conectadas por cientistas com o mundo real até que em 1929 o astrônomo americano Edwin Hubble confirmou a expansão da parte visível do Universo. Ele usou o efeito Doppler para isso. As linhas no espectro de uma fonte em movimento são deslocadas por uma quantidade proporcional à velocidade de sua aproximação ou remoção, de modo que a velocidade de uma galáxia sempre pode ser calculada a partir de uma mudança em sua posição. linhas espectrais.

Ainda na segunda década do século XX. O astrônomo americano Westo Slifer, tendo estudado os espectros de várias galáxias, notou que a maioria delas tem linhas espectrais deslocadas para o vermelho. Isso significava que eles estavam se afastando da nossa galáxia a velocidades de centenas de quilômetros por segundo.

O Hubble determinou a distância de um pequeno número de galáxias e sua velocidade. De suas observações, concluiu-se que quanto mais distante uma galáxia está, mais rápido ela se afasta de nós. A lei segundo a qual a velocidade de remoção é proporcional à distância é chamada de lei de Hubble.

Isso significa que nossa Galáxia é o centro de onde vem a expansão? Do ponto de vista dos astrônomos, isso é impossível. Um observador em qualquer lugar do universo deveria ver a mesma imagem: todas as galáxias teriam desvios para o vermelho proporcionais às suas distâncias. O próprio espaço parece ser inflado.

O universo está se expandindo, mas não há centro de expansão: de qualquer lugar, o padrão de expansão parecerá o mesmo.

Se ligado balão desenhar galáxias e começar a inflar, então as distâncias entre elas aumentarão, e quanto mais rápido, mais distantes elas estarão umas das outras, e a única diferença é que as próprias galáxias desenhadas aumentam de tamanho, enquanto os sistemas estelares reais em todo o Universo mantêm suas volume. Isso ocorre porque as estrelas que as compõem estão unidas por forças gravitacionais.

O fato da constante expansão do Universo está firmemente estabelecido. O mais distante de galáxias conhecidas e os quasares têm um desvio para o vermelho tão grande que os comprimentos de onda de todas as linhas nos espectros são 5-6 vezes mais longos do que os das fontes próximas!

Mas se o universo está se expandindo, então hoje o vemos de maneira diferente do que era no passado. Bilhões de anos atrás, as galáxias foram localizadas significativamente amigo mais próximo para amigo. Mesmo antes, galáxias individuais simplesmente não podiam existir e, ainda mais perto do início da expansão, não poderia haver estrelas. Esta época - o início da expansão do Universo - está a 12-15 bilhões de anos de distância de nós.

As estimativas da idade das galáxias ainda são muito aproximadas para refinar esses números. Mas está estabelecido de forma confiável que as estrelas mais antigas de diferentes galáxias têm aproximadamente a mesma idade. Consequentemente, a maioria dos sistemas estelares surgiu durante o período em que a densidade da matéria no Universo era muito maior do que hoje.

No Estado inicial todo o ser do universo tinha tanto alta densidade que era mesmo inimaginável. A ideia da expansão do Universo a partir de um estado superdenso foi introduzida em 1927 pelo astrônomo belga Georges Lemaitre, e a proposta de que substância original era muito quente, foi expressa pela primeira vez por Georgy Antonovich Gamov em 1946. Posteriormente, esta hipótese foi confirmada pela descoberta do chamado radiação relíquia. Permaneceu como um eco do rápido nascimento do Universo, que muitas vezes é chamado de Big Bang. Mas muitas questões permanecem. O que levou à formação do Universo atualmente observado, ao início da Explosão? Por que o espaço tem três dimensões e o tempo uma? Como objetos estacionários – estrelas e galáxias – podem aparecer no Universo em rápida expansão? O que aconteceu antes do Big Bang? Astrônomos e físicos modernos estão trabalhando na busca de respostas para essas e outras perguntas.

Quando olhamos para o Universo distante, vemos galáxias em todos os lugares - em todas as direções, por milhões e até bilhões de anos-luz. Como existem dois trilhões de galáxias que podemos observar, a soma de tudo além delas é maior e mais fria do que nossa imaginação mais selvagem. Um dos mais fatos interessantesé que todas as galáxias que já observamos obedecem (em média) às mesmas regras: quanto mais distantes de nós, mais rápido se afastam de nós. Essa descoberta, feita por Edwin Hubble e seus colegas na década de 1920, nos levou a uma imagem de um universo em expansão. Mas e se ele se expandir? A ciência sabe, e agora você também saberá.

À primeira vista, essa pergunta pode parecer razoável. Porque tudo o que se expande geralmente consiste em matéria e existe no espaço e no tempo do Universo. Mas o próprio Universo é espaço e tempo contendo matéria e energia em si. Quando dizemos que "o universo está se expandindo", queremos dizer a expansão do próprio espaço, como resultado da qual galáxias individuais e aglomerados de galáxias se afastam uns dos outros. Seria mais fácil imaginar uma bola de massa com passas dentro, que é assada no forno, diz Ethan Siegel.

Modelo de um "bolo" em expansão do universo, no qual as distâncias relativas aumentam à medida que o espaço se expande

Esta massa é o tecido do espaço, e as passas são estruturas relacionadas(como galáxias ou aglomerados de galáxias). Do ponto de vista de qualquer passa, todas as outras passas se afastarão dela e, quanto mais longe estiverem, mais rápido. Só no caso do universo do forno e o ar fora da massa não existir, só existe massa (espaço) e passas (substância).

Redshift é criado não apenas pelas galáxias em retrocesso, mas também pelo espaço entre nós.

Como sabemos que este espaço está se expandindo e não as galáxias estão recuando?

Se você vir objetos se afastando de você em todas as direções, há apenas uma razão que pode explicar isso: o espaço entre você e esses objetos está se expandindo. Além disso, pode-se supor que você está perto do centro da explosão, e muitos objetos estão simplesmente mais distantes e removidos mais rapidamente, porque eles mais energia explosão. Se este fosse o caso, poderíamos provar de duas maneiras:

• Em longas distâncias e altas velocidades, menos galáxias, porque com o tempo eles teriam se espalhado muito no espaço
• A proporção de redshift e distância assumirá uma forma particular em grandes distâncias, que será diferente da forma se o tecido do espaço estivesse se expandindo.

Quando olhamos para grandes distâncias, descobrimos que a densidade de galáxias mais distantes no Universo é maior do que mais perto de nós. Isso é consistente com a imagem em que o espaço está se expandindo, porque olhar mais longe é o mesmo que olhar para o passado, onde houve menos expansão. Também descobrimos que as galáxias distantes têm uma razão de desvio para o vermelho para a distância correspondente à expansão do espaço, e nada - se as galáxias estivessem simplesmente se afastando rapidamente de nós. A ciência pode responder a essa pergunta de duas maneiras. jeitos diferentes e ambas as respostas suportam expansão do universo.

O universo sempre se expandiu na mesma taxa?

Nós a chamamos de constante de Hubble, mas ela só é constante no espaço, não no tempo. Universo em este momento expandindo mais lentamente do que no passado. Quando falamos em taxa de expansão, estamos falando em velocidade por unidade de distância: cerca de 70 km/s/Mpc hoje. (Mpc é megaparsec, aproximadamente 3.260.000 anos-luz). Mas a taxa de expansão depende das densidades de todas as coisas diferentes no universo, incluindo matéria e radiação. À medida que o Universo se expande, a matéria e a radiação tornam-se menos densas e, à medida que a densidade diminui, a taxa de expansão também diminui. O universo se expandiu mais rápido no passado e vem desacelerando desde o Big Bang. A constante de Hubble é um nome impróprio, deve ser chamado de parâmetro de Hubble.

Os destinos distantes do universo oferecem diferentes possibilidades, mas se energia escuraé realmente constante como os dados mostram, seguiremos a curva vermelha

O universo vai se expandir para sempre ou vai parar?

Várias gerações de astrofísicos e cosmólogos ficaram intrigados com essa questão, e ela só pode ser respondida determinando a taxa de expansão do universo e todos os tipos (e quantidades) de energia presentes nele. Já medimos com sucesso a quantidade de matéria comum, radiação, neutrinos, matéria escura e energia escura, bem como a taxa de expansão do universo. Com base nas leis da física e no que aconteceu no passado, parece que o universo se expandirá para sempre. Embora a probabilidade disso não seja 100%; se algo como a energia escura se comportar de maneira diferente no futuro em comparação com o passado e o presente, todas as nossas conclusões terão que ser reconsideradas.

As galáxias se movem mais rápido que a velocidade da luz? Não é proibido?

Do nosso ponto de vista, o espaço entre nós e o ponto remoto está se expandindo. Quanto mais longe está de nós, mais rápido nos parece que está se afastando. Mesmo que a taxa de expansão fosse pequena, um objeto distante um dia cruzaria o limiar de qualquer limite de velocidade, porque a taxa de expansão (velocidade por unidade de distância) seria multiplicada muitas vezes com distância suficiente. A OTO favorece tal cenário. A lei que nada pode se mover velocidade mais rápida a luz só se aplica ao movimento de um objeto através do espaço, não à expansão do próprio espaço. Na realidade, as próprias galáxias se movem a apenas alguns milhares de quilômetros por segundo, bem abaixo do limite de 300.000 km/s estabelecido pela velocidade da luz. É a expansão do universo que causa recessão e redshift, não movimento verdadeiro galáxias.

Dentro do universo observável ( círculo amarelo) contém aproximadamente 2 trilhões de galáxias. Galáxias que estão a menos de um terço do caminho desta fronteira, nunca poderemos alcançá-las devido à expansão do universo. Apenas 3% do volume do Universo está aberto ao desenvolvimento pelas forças humanas

A expansão do universo é uma consequência necessária do fato de que matéria e energia preenchem o espaço-tempo, que está sujeito às leis da relatividade geral. Enquanto houver matéria, haverá atração gravitacional, então ou a gravidade vence e tudo se contrai novamente, ou a gravidade perde e ganha a expansão. Não há centro de expansão e não há nada fora do espaço que se expanda; é o próprio tecido do universo que está se expandindo. O que é mais interessante, mesmo que deixássemos a Terra na velocidade da luz hoje, poderíamos visitar apenas 3% das galáxias do universo observável; 97% deles já estão fora do nosso alcance. O universo é complexo.

Como o universo está se expandindo

Yuri Efremov, Doutor em Ciências Físicas e Matemáticas

Cientistas russos mostraram que a expansão do universo é controlada pelo vácuo físico, descoberto em 1998 por observações astronômicas. isto descoberta inesperada abre novos caminhos para o desenvolvimento da ciência natural e compreensão das leis mais profundas do mundo ao nosso redor.

Isso decide ciência fundamental problemas enfrentados pela humanidade, ou isso só leva a novos perigos? - a resposta a esta pergunta depende de quão longe uma pessoa é capaz de olhar. Consideramos todos os benefícios da civilização como garantidos, mas todos eles, como os sucessos da medicina, foram o resultado de muitas décadas e séculos de trabalho de cientistas que se dedicavam a atividades insignificantes na opinião do leigo, como observar o estrelas ou a vida de algumas cabras. A aplicação dos resultados da ciência, não controlada pelos cientistas, também trouxe muitos problemas difíceis, mas agora só desenvolvimento adicional a ciência pode nos salvar deles, além de fornecer novas fontes de energia e nos salvar dos desafios do futuro, como novas epidemias ou desastres naturais.

O desenvolvimento da ciência natural, que mais cedo ou mais tarde dará os frutos necessários para a continuação da existência de nossa civilização, só é possível se todos os seus ramos se desenvolverem uniformemente, não importa quão distantes possam parecer das necessidades humanas atuais. Até 1939, a pesquisa sobre os núcleos dos átomos parecia um desperdício de dinheiro; poucos pesquisadores lidaram com esse problema apenas porque queriam saber como o mundo funciona. Essa curiosidade permanece força motriz Ciência; os problemas que a confrontam são determinados pela lógica interna de seu desenvolvimento.

A astronomia, ao que parece, é uma das ocupações que mais distraem a vida, especialmente agora, quando nem pilotos nem marinheiros precisam de seus serviços. No entanto, recordemos as palavras de Einstein: "Ferramentas intelectuais, sem as quais o desenvolvimento seria impossível tecnologia moderna, veio principalmente da observação de estrelas. "Nos últimos anos, o desenvolvimento da física teórica (que no século XX nos deu não apenas uma bomba, mas também lasers e todos os tipos de eletrônica ...) com os sucessos da astronomia. E nesta ciência, no final do século 20, começou uma verdadeira revolução, sobre a qual o público em geral ainda sabe pouco (é descrito em dois livros publicados recentemente por funcionários do SAI MSU: Yu. N. Efremov, "Deep into the Universe", M., URSS, 2003; A. M. Cherepashchuk, A.D. Chernin, "The Universe, Life, Black Holes", Moscou, Vek-II, 2003).

Algum dia - talvez em alguns anos, ou talvez apenas em muitas décadas - essa revolução trará frutos à humanidade, cujas origens serão esquecidas por esse tempo, assim como as origens do nosso conforto urbano atual são esquecidas por quase todos. No entanto, uma pessoa também tem necessidades espirituais. Há muito se diz que ele difere de alguns animais, pois às vezes é capaz de levantar a cabeça para o céu e olhar as estrelas ...

Neste artigo, falaremos sobre a contribuição dos cientistas russos para o desenvolvimento da cosmologia anos recentes, o que levou a uma mudança radical em nossas ideias sobre o universo. Cosmologia, a ciência do universo como um todo, na interseção da física

e astronomia, nasceu simultaneamente com a teoria geral da relatividade. De suas equações, escritas por Albert Einstein em 1916, deduziu-se originalmente que o universo não pode ser estático, deve expandir ou contrair.

No entanto, desde tempos imemoriais os filósofos têm certeza de que o Cosmos, o Universo como um todo, é eterno e imutável. Não havia dados observacionais que permitissem em 1916 falar sobre a expansão do Universo - e, de fato, o Universo ainda não havia sido descoberto. Einstein acreditava que é habitado por estrelas, e nosso sistema da Via Láctea cobre todo o Universo. Não foram observadas grandes velocidades de movimento das estrelas, e isso lhe deu bases empíricas para adicionar mais um termo às suas equações - a constante cosmológica, que deveria tornar o Universo estático.

No entanto, já em 1925 ficou completamente claro que nossa sistema estelaré apenas um dos inúmeros sistemas desse tipo - galáxias que habitam vasto universo(Figura 1). Altas velocidades de movimento ao longo da linha de visão das galáxias já eram conhecidas - as linhas nos espectros de galáxias distantes eram invariavelmente desviadas para o vermelho. Isso foi uma consequência do efeito Doppler, que faz com que as linhas espectrais se desloquem para o lado de onda longa (vermelho) quando os objetos observados se afastam de nós e para o lado azul quando se aproximam.

Em 1929, graças ao trabalho de Edwin Hubble e Milton Humason no então maior telescópio de 2,5 m do mundo em Mount Wilson, na Califórnia, ficou finalmente claro que existe uma proporcionalidade entre as velocidades das galáxias em retrocesso e suas distâncias de nós. (na verdade aumentando, é claro, todas as distâncias entre todas as galáxias) - o Universo está se expandindo (Fig. 2). A necessidade de uma constante cosmológica parecia desaparecer - o Universo realmente acabou sendo não estático. As distâncias das galáxias R são representadas pela fórmula R = Ht, onde t é o tempo e H é uma constante, posteriormente chamada de constante de Hubble.

Após essa descoberta, Einstein chamou a introdução da constante cosmológica seu maior erro. E até o final do século XX, os principais físicos estavam convencidos de que não havia necessidade dessa constante - era igual a zero. Só agora começamos a entender que o único erro de Einstein foi atribuir valor constante necessário para a natureza estática do universo. A existência de algum tipo de força, juntamente com a força gravitacional usual que governa a dinâmica do universo, foi recentemente comprovada. Após a descoberta da expansão do Universo (em 1929) e da radiação cósmica de fundo em micro-ondas remanescente dos primeiros milênios de expansão do Universo (em 1965), esta é a maior conquista em astronomia observacional e cosmologia. Só pode ser comparado com evidências da presença de buracos negros supermassivos nos núcleos das galáxias.

Escolha entre modelos cosmológicos descrever o Universo como um todo pode ser feito quando comparado com observações de dependências teóricas entre o desvio para o vermelho e as distâncias de objetos distantes com luminosidade conhecida: em grandes desvios para o vermelho, devem aparecer características que devem dizer se a expansão do Universo está acelerando, uniformemente ou desacelerando. E isso, em princípio, pode dar o valor da constante cosmológica.

A principal dificuldade na aplicação desse método está relacionada à necessidade de se ter dados confiáveis ​​sobre os objetos mais distantes com uma luminosidade conhecida - e na determinação dessa luminosidade e, portanto, das distâncias. Por muito tempo, os únicos objetos que pareciam atender a esses requisitos eram as galáxias mais brilhantes em aglomerados ricos, cuja luminosidade pode ser considerada aproximadamente a mesma. No entanto, houve problemas sérios relacionado em particular ao fato de que vemos as galáxias mais distantes bilhões de anos mais jovens do que as galáxias em nossa vizinhança (Fig. 3).

É claro que o problema do início da expansão permaneceu ainda mais sério - sua extrapolação de volta leva à conclusão de que bilhões de anos atrás toda a matéria do Universo estava concentrada em um volume pontual. O próprio Hubble ficou assustado com essa conclusão imutável de sua descoberta e considerou possível o envelhecimento dos fótons - uma diminuição em sua energia e (e, portanto, um aumento no comprimento de onda) em seu caminho das profundezas do Universo. No entanto, essa suposição acarreta uma série de consequências que não concordam nem com a teoria nem com as observações.

No contexto desse superproblema, outro permaneceu despercebido por muito tempo. De acordo com a teoria existente, a expansão cosmológica em um mundo homogêneo e isotrópico ocorre de acordo com uma lei linear, se formos a distâncias nas quais a velocidade dessa expansão do espaço supera a velocidade das galáxias, devido ao seu movimento durante interação gravitacional com galáxias vizinhas. Hubble tinha dados apenas até distâncias (na escala moderna) de cerca de 20 Megaparsecs (~60 mil anos-luz), suas galáxias mais distantes eram membros do aglomerado de galáxias na constelação de Virgem. No entanto, Hubble descobriu que as velocidades de remoção de galáxias dependem linearmente da distância, embora agora saibamos que a uniformidade da distribuição das galáxias no espaço e a isotropia de suas velocidades ocorrem apenas em escalas de 100 a 300 Megaparsecs. E acontece que nessas distâncias a constante de Hubble tem o mesmo valor que nas distâncias de 2 - 20 Megaparsec.

Foi somente em 1972 que a natureza paradoxal dessa circunstância foi notada pelo maior astrônomo americano Allan Sandage, aluno de Hubble. Ele também enfatizou a necessidade de explicar outra estranheza - a presença de aglomerados de galáxias, dentro dos quais se movem rapidamente, não causa uma grande dispersão na posição das galáxias ao redor linha do meio redshift versus distância. Em um artigo publicado em 1999, Sandage descobriu que os valores locais e globais da constante de Hubble coincidem com uma precisão de pelo menos 10%.

Resultados semelhantes usando dados ainda mais precisos foram obtidos recentemente por I.D. Hubble (Fig. 4). A constante de Hubble medida por Karachentsev et al., com base em dados de galáxias a distâncias de até 8 megaparsecs, acabou sendo a mesma dos dados das galáxias mais distantes. Sandage não conseguiu explicar esse paradoxo e concluiu que "ficamos com esse mistério". É verdade que já em 1972 ele suspeitava que a constância da expansão do Universo em todas as escalas se devia a profundas razões cosmológicas. E esse foi o palpite correto.

Na década de 1990, ficou claro que as supernovas do tipo Ia poderiam servir como "velas padrão" muito melhor do que as galáxias mais brilhantes em aglomerados. Estas são estrelas que brilham por vários dias ou semanas com tanto brilho que se tornam comparáveis ​​em brilho a uma galáxia inteira. Fenômeno tipo supernova Eu vou entrar sistemas apertados, constituído por duas estrelas densas - anãs brancas durante a troca de matéria entre os componentes do sistema (Fig. 5).

As tentativas de usar supernovas desse tipo para fins de cosmologia começaram há muito tempo, mas não havia dados observacionais suficientes. O problema era a dificuldade de obter tempos de observação com grandes telescópios. Os comitês que alocam o tempo desses telescópios costumavam detestar solicitações de trabalhos como buscas, rastreamentos, levantamentos; grandes telescópios porque eles são projetados para estudar objetos únicos ...

O sucesso chegou a 1997 ao mesmo tempo para duas equipes. Um deles foi formado em 1988 no Laboratório Nacional. Lawrence nos EUA e consistia principalmente de físicos, era chefiada por S. Perlmutter; outra equipe de astrônomos foi liderada em 1994 por B. Schmidt, que trabalhou nos Observatórios de Mount Stromlo e Siding Spring, na Austrália. Essas equipes tiveram acesso aos telescópios de 4 m neste observatório e no Cerro Tololo, e mais tarde no Hubble telescópio espacial e o telescópio Keck de 10 m em ilhas havaianas; neste último, foram obtidos dados espectrais (que, aliás, mostraram que mudanças espectrais semelhantes ocorrem mais lentamente em supernovas distantes do que em supernovas mais próximas - outra prova da natureza Doppler do redshift).

Os resultados pareciam - e ainda parecem para alguns - incríveis. As supernovas distantes se mostraram sistematicamente mais fracas do que a lei linear de Hubble exigia, e isso significava que o Universo está se expandindo com aceleração e a constante cosmológica não é igual a zero, mas tem sinal positivo(Fig. 6). S. Perlmutter diz que depois de um de seus primeiros discursos com uma mensagem sobre a descoberta, um físico famoso- o teórico observou que esses resultados observacionais devem ser errôneos, pois a constante cosmológica deve ser muito próxima de zero.

No entanto, a confiabilidade dos resultados foi indicada pela proximidade das conclusões independentes das duas equipes, que consideraram cuidadosamente todas as possíveis fontes de erro. Foi possível levar em conta pequenas diferenças na luminosidade máxima das supernovas usando base de trabalho, realizado na década de 1970 por Yu.P. Pskovskii (GAISH MGU) - essas diferenças dependem da taxa de queda do brilho da estrela.

Em outubro de 2003, uma grande equipe internacional de astrônomos confirmou a expansão acelerada do universo. Eles obtiveram dados de 23 supernovas, incluindo 7 muito distantes, e isso nos permite dizer com segurança que a aceleração da expansão do Universo não é aparente e que as características das supernovas Ia não dependem de suas distâncias e idades.

A expansão acelerada do universo leva alguns físicos a introduzir nova entidade, "quintessência", um novo campo físico para o qual a densidade gravitacional efetiva é negativa e que, portanto, é capaz de criar antigravidade, levando a uma aceleração da expansão do universo. No entanto, os clássicos da ciência nos ensinam a não introduzir novas entidades sem emergência. O vácuo do espaço, que está presente em todos os lugares, tem a mesma propriedade da pressão negativa. Ele também aparece em física do micromundo, representando o menor estado de energia campos quânticos. É nele que ocorrem interações de partículas elementares; realidade vácuo físico inegavelmente estabelecido em vários experimentos.

Agora, há todas as razões para acreditar que o termo cosmológico nas equações de Einstein descreve precisamente a densidade de energia e vácuo. Essa densidade é constante no tempo e no espaço, e em qualquer quadro de referência, e tem valor positivo.

A pressão de um vácuo é igual à densidade negativa vezes o quadrado da velocidade da luz e, portanto, é negativa, o que causa expansão acelerada Universo, agora descoberto a partir de dados de supernovas distantes.

São as propriedades do vácuo que tornam possível explicar o paradoxo de Sandage. Ele e seus coautores (Astrophys. J., V. 590, P. 256, 2003) observam que os astrônomos russos e finlandeses foram os primeiros a fazer isso em 2001. De acordo com A.D. Chernin (GAISH MGU), P. Teerikorpi (Observatório Turku) e Yu.V. 1153, 2001) - os resultados paradoxais de Sandage e Karachentsev são explicados pelo fato de que é o vácuo que determina a dinâmica do Universo . A cinemática em grande escala das galáxias - a expansão do Universo - é homogênea, regular, embora sua distribuição espacial muito irregular nos mesmos volumes. Isso significa que a dinâmica em grande escala das galáxias é controlada pelo vácuo, cuja densidade começa a exceder a densidade da matéria já a distâncias da ordem de 1,5 a 2 kpc de nós. Sua densidade é a mesma em todos os lugares e é essa densidade que define a taxa de expansão - a constante de Hubble. O efeito dinâmico do vácuo não depende nem dos movimentos nem da distribuição das galáxias no espaço. Assim, com base na explicação da expansão acelerada do Universo pela presença do vácuo cósmico, A. Chernin e seus colegas encontraram uma explicação natural para o paradoxo de Sandage. O conceito de quintessência permanece por enquanto sendo inventado ad hoc - é proposto apenas porque o que é dado observações astronômicas o valor da densidade de energia e do vácuo é incompatível com as crenças de muitos físicos.

Então, tudo converge para o fato de que os astrônomos conseguiram medir o valor que os físicos há muito sonhavam em conhecer - a densidade de energia e vácuo. O resultado foi inesperado. Esperava-se que tal quantidade fundamental tivesse algum valor distinto, seja zero ou determinado pela densidade de Planck - uma combinação da constante gravitacional, a velocidade da luz e a constante de Planck, que tem a dimensão da densidade e é 5 x 1093 g/cm3. No entanto, a densidade do vácuo observada pelos astrônomos é 122 ordens de magnitude menor que a de Planck - e ainda assim não é zero! A densidade de energia e vácuo é cerca de 70% da densidade de toda a matéria do Universo. Este resultado também decorre de medições de satélite de flutuações no fundo CMB. Isso significa que o universo se expandirá para sempre...

Tudo isso coloca problemas difíceis para física fundamental. Em um artigo de revisão na UFN, A.D. Chernin argumenta a favor da suposição de que a natureza do vácuo deve estar de alguma forma conectada com a física dos processos eletrofracos quando a idade do mundo é de cerca de 10 a 12 segundos. Em uma época em que a temperatura do cosmo em expansão caiu para um valor correspondente a esses processos, talvez tenha ocorrido o último salto (transição de fase) no estado de vácuo primário, o que causou significado contemporâneo densidade do vácuo físico do espaço.

O vácuo primário é um conceito teórico do mesmo nível de fundamentalidade que os conceitos de tempo e espaço. Assume-se que a sua densidade deve estar próxima da densidade de Planck. Ainda não há dados observacionais que confirmem sua existência, mas são as flutuações do vácuo primário, segundo muitos teóricos, que dão origem a muitos universos com os mais valores diferentes constantes físicas neles. O desses universos, cujos parâmetros (por estágio atual!) são compatíveis com a vida, é o Nosso Universo...

Assim, o Universo consiste em 70% de vácuo e apenas 4% são bárions, que compõem as estrelas e o gás. Este é também o resultado dos últimos anos. Os restantes 26% da densidade energética e do Universo dão “matéria escura fria”, detectável (ainda?) apenas pelo seu campo gravitacional. Os portadores dessa massa oculta provavelmente ainda são desconhecidos para a física que interage fracamente partículas elementares. Eles são intensamente procurados com dispositivos localizados no subsolo. Mas não há lugar para falar sobre isso.

Eles podem dizer que os astrônomos acabaram sem nada no final do século 20? Mas não, escalamos o próximo pico do conhecimento - e vimos novos picos dele. Conseguimos determinar a composição do universo observando estrelas cuja massa é apenas cerca de 1% de sua massa total (Fig. 7). Este é outro triunfo da ciência - e a prova de que não haverá fim para a ciência se a humanidade a apoiar. E então não teremos medo de nenhum desafio do futuro!

O aglomerado de galáxias Abel85, localizado a cerca de 740 milhões de anos-luz da Terra, foi registrado pelo observatório de raios-X Chandra. O brilho roxo é um gás aquecido a vários milhões de graus.

Ilustração para o modelo de crescimento das estruturas cósmicas do Universo. Três idades do Universo são representadas: 0,9 bilhão, 3,2 bilhões e 13,7 bilhões de anos (estado atual).

Uma equipe internacional de cientistas liderada por Alexei Vikhlinin do Instituto pesquisa Espacial O RAS confirmou experimentalmente a expansão acelerada do Universo por um novo método independente e restaurou a imagem de seu desenvolvimento ao longo do tempo. Agora a IKI RAS está trabalhando na criação de um novo observatório orbital de raios X, uma das tarefas que será determinar a equação do estado da energia escura com precisão sem precedentes.

Alexei Vikhlinin, falando na conferência "High Energy Astrophysics Today and Tomorrow", realizada no IKI RAS, disse que no século passado, de acordo com observações de distantes supernovas Foi demonstrado que nosso universo está se expandindo a uma taxa acelerada. Para explicar essa aceleração, foi introduzido o conceito de "energia escura" ("energia invisível"). Suas propriedades se mostraram muito incomuns - por exemplo, a energia escura deve ter pressão negativa para "empurrar" o Universo. Estabelecer a natureza dessa misteriosa energia escura é uma das principais tarefas da física, pois, segundo ideias modernas, é a energia escura que determina o desenvolvimento do nosso mundo.

O trabalho de um grupo internacional de cientistas da Europa e dos Estados Unidos foi baseado no estudo da distribuição de aglomerados massivos de galáxias no espaço - os principais elementos da estrutura em grande escala do Universo. (A estrutura em grande escala pode ser representada como aglomerados de galáxias conectadas por filamentos

- acúmulos de gás, entre os quais existem vazios.) A energia escura deve ter influência significante no crescimento de uma estrutura em grande escala, pois contraria a força atração gravitacional matéria e previne a formação de aglomerados de matéria em grandes escalas de distância. NO a maioria essa influência se reflete na taxa de formação de aglomerados de galáxias massivos. Esses aglomerados contêm milhares de galáxias como a nossa e podem ter massas da ordem de 10 14 massas solares.

86 dos aglomerados de galáxias mais massivos do Universo, localizados a uma distância de várias centenas de milhões a vários bilhões de anos-luz da Via Láctea, foram descobertos experimentalmente e estudados em detalhes. O máximo de clusters foi descoberto com base em dados do telescópio de raios-X ROSAT (Alemanha, NASA). As medições de distância são feitas usando uma dúzia telescópios ópticos em todo o mundo: Keck, Magellan, NTT, etc. Um grande número de As observações também foram feitas usando o telescópio russo-turco RTT-150 de 1,5 metros. A principal contribuição para o sucesso do trabalho foi feita pelo observatório orbital de raios-X Chandra (EUA) - de acordo com seus dados, as massas dos aglomerados foram medidas com precisão.

Com base nos resultados obtidos, os astrofísicos reconstruíram o quadro do desenvolvimento do Universo a partir de cerca de 2/3 de sua idade até o presente, ou seja, nos últimos 5,5 bilhões de anos (o que corresponde aproximadamente à idade do Sol). Os resultados deste estudo mostraram que o crescimento da estrutura em grande escala durante esse período diminuiu significativamente.

A força com que a energia escura “empurra” a matéria é descrita pelo parâmetro da equação de estado da energia escura, que tem significado físico semelhante à rigidez de uma mola. Os pesquisadores fizeram a medição mais precisa desse parâmetro até o momento. Os resultados obtidos implicam que as equações da relatividade geral (apenas com a adição da constante cosmológica) funcionam bem em todas as distâncias observadas - desde os raios das órbitas planetárias em nossa sistema solar ao tamanho de toda a parte observável do universo.

IKI RAS em cooperação com institutos da Sociedade. Max Planck (Alemanha) e outros organizações científicas está atualmente trabalhando na criação do observatório orbital de raios X Spektr-X-ray Gamma (SRG), que está programado para ser lançado em 2012. O observatório destina-se a visão geral completa céu, durante o qual, como esperado, serão descobertos cerca de 100 mil aglomerados de galáxias (ou seja, todos os aglomerados massivos de galáxias do Universo), cerca de 3 milhões de núcleos de galáxias ativas (buracos negros supermassivos) e cerca de 2 milhões de estrelas coronalmente ativas . Com base em observações de aglomerados massivos de galáxias, é suposto estimar com mais precisão a taxa de crescimento da estrutura em grande escala do Universo, o que, por sua vez, permitirá determinar a equação do estado da energia escura com precisão sem precedentes .

Os astrofísicos acreditam que estudar a natureza da energia escura criará uma nova teoria do vácuo, que pode ser estendida a outros fenômenos físicos. É possível que dentro nova teoria acontece que nosso espaço não tem quatro, mas cinco dimensões.

O universo não é estático. Isso foi confirmado pelos estudos do astrônomo Edwin Hubble em 1929, ou seja, quase 90 anos atrás. Ele foi levado a essa ideia por observações do movimento das galáxias. Outra descoberta dos astrofísicos no final do século XX foi o cálculo da expansão do Universo com aceleração.

Como se chama a expansão do universo?

Alguns ficam surpresos ao ouvir o que os cientistas chamam de expansão do universo. Este nome está associado à maioria da economia e a expectativas negativas.

A inflação é o processo de expansão do Universo imediatamente após o seu aparecimento e com uma aceleração acentuada. Traduzido do inglês, "inflation" - "pump up", "inflate".

Novas dúvidas sobre a existência da energia escura como fator na teoria da inflação do Universo são usadas pelos opositores da teoria da expansão.

Então os cientistas propuseram um mapa de buracos negros. Os dados iniciais diferem dos obtidos numa fase posterior:

1. Sessenta mil buracos negros com distância entre os mais distantes mais de onze milhões de anos-luz - dados de quatro anos atrás.
2. Cento e oitenta mil galáxias buracos negros a treze milhões de anos-luz de distância. Dados obtidos por cientistas, incluindo russos físicos nucleares, no início de 2017.

Esta informação, dizem os astrofísicos, não contradiz modelo clássico Universo.

A taxa de expansão do universo é um desafio para os cosmólogos

A taxa de expansão é de fato um desafio para cosmólogos e astrônomos. É verdade que os cosmólogos não argumentam mais que a taxa de expansão do Universo não tem um parâmetro constante, as discrepâncias mudaram para outro plano - quando a expansão começou a acelerar. Dados sobre vagar no espectro de galáxias supernovas muito distantes do primeiro tipo provam que a expansão não é um processo de início súbito.

Os cientistas acreditam que o universo estava encolhendo nos primeiros cinco bilhões de anos.

As primeiras consequências do Big Bang provocaram primeiro uma poderosa expansão e depois começou uma contração. Mas a energia escura ainda influenciou o crescimento do universo. E com aceleração.

Cientistas americanos começaram a criar um mapa do tamanho do universo para épocas diferentes para descobrir quando a aceleração começou. Ao observar explosões de supernovas, bem como a direção da concentração em galáxias antigas, os cosmólogos notaram características de aceleração.

Por que o universo está "acelerando"

Inicialmente, assumiu-se que no mapa compilado, os valores de aceleração não eram lineares, mas se transformavam em uma senóide. Foi chamado de "onda do universo".

A onda do Universo diz que a aceleração não acompanhou velocidade constante: desacelerou, depois acelerou. E várias vezes. Os cientistas acreditam que houve sete desses processos nos 13,81 bilhões de anos após o Big Bang.

No entanto, os cosmólogos ainda não podem responder à questão de que depende a aceleração-desaceleração. As suposições se resumem à ideia de que o campo de energia do qual se origina a energia escura está sujeito à onda do Universo. E, movendo-se de uma posição para outra, o Universo expande a aceleração ou a desacelera.

Apesar da persuasão dos argumentos, eles ainda permanecem uma teoria até agora. Os astrofísicos esperam que as informações do telescópio orbital Planck confirmem a existência de uma onda no universo.

Quando a energia escura foi encontrada

Pela primeira vez eles começaram a falar sobre isso nos anos noventa devido a explosões de supernovas. A natureza da energia escura é desconhecida. Embora Albert Einstein tenha destacado a constante cósmica em sua teoria da relatividade.

Em 1916, cem anos atrás, o universo ainda era considerado imutável. Mas a gravidade interveio: as massas cósmicas invariavelmente se chocariam se o universo fosse estacionário. Einstein declara a gravidade por força espacial repulsão.

Georges Lemaitre comprovará isso através da física. O vácuo contém energia. Devido às suas vibrações, levando ao aparecimento de partículas e sua posterior destruição, a energia adquire uma força repulsiva.

Quando o Hubble provou a expansão do universo, Einstein chamou de absurdo.

A influência da energia escura

O universo está se afastando a uma velocidade constante. Em 1998, o mundo foi apresentado com dados de uma análise de explosões de supernova tipo 1. Está provado que o universo está crescendo cada vez mais rápido.

Isso acontece por causa de uma substância desconhecida, foi apelidada de "energia escura". Acontece que ocupa quase 70% do espaço do Universo. A essência, propriedades e natureza da energia escura não foram estudadas, mas seus cientistas estão tentando descobrir se ela existia em outras galáxias.

Em 2016, eles calcularam a taxa de expansão exata para o futuro próximo, mas apareceu uma discrepância: o Universo está se expandindo a uma taxa mais rápida do que os astrofísicos haviam assumido anteriormente. Entre os cientistas, surgiram disputas sobre a existência da energia escura e sua influência na taxa de expansão dos limites do universo.

A expansão do universo ocorre sem energia escura

A teoria da independência da expansão do Universo da energia escura foi apresentada por cientistas no início de 2017. Eles explicam a expansão como uma mudança na estrutura do universo.

Cientistas das universidades de Budapeste e do Havaí chegaram à conclusão de que a discrepância entre os cálculos e a taxa de expansão real está associada a uma mudança nas propriedades do espaço. Ninguém levou em conta o que acontece com o modelo do Universo durante a expansão.

Duvidando da existência de energia escura, os cientistas explicam: os maiores concentrados de matéria do universo afetam sua expansão. Nesse caso, o restante do conteúdo é distribuído uniformemente. No entanto, o fato permanece desconhecido.

Para demonstrar a validade de suas suposições, os cientistas propuseram um modelo de um mini-universo. Eles o apresentaram na forma de um conjunto de bolhas e começaram a calcular os parâmetros de crescimento de cada bolha com própria velocidade dependendo de sua massa.

Essa modelagem do universo mostrou aos cientistas que ele pode mudar sem levar em conta a energia. E se você “misturar” a energia escura, o modelo não mudará, dizem os cientistas.

Em geral, a controvérsia ainda está em curso. Os defensores da energia escura dizem que ela afeta a expansão dos limites do universo, os oponentes se mantêm firmes, argumentando que a concentração da matéria é importante.

A taxa de expansão do universo agora

Os cientistas estão convencidos de que o Universo começou a crescer após o Big Bang. Então, quase quatorze bilhões de anos atrás, descobriu-se que a taxa de expansão do universo mais velocidade Sveta. E ela continua crescendo.

Livro de Stephen Hawking e Leonard Mlodinov A história mais curta tempo” nota-se que a taxa de expansão das fronteiras do Universo não pode exceder 10% por bilhão de anos.

Para determinar qual é a taxa de expansão do Universo, no verão de 2016 o laureado premio Nobel Adam Riess calculou a distância até as Cefeidas pulsantes em galáxias próximas umas das outras. Esses dados nos permitiram calcular a velocidade. Descobriu-se que as galáxias a uma distância de pelo menos três milhões de anos-luz podem se afastar a uma velocidade de quase 73 km / s.

O resultado foi incrível: telescópios orbitais, o mesmo Planck, eles falaram sobre 69 km/s. Por que essa diferença foi registrada, os cientistas não conseguem responder: eles não sabem nada sobre a origem da matéria escura, na qual se baseia a teoria da expansão do Universo.

radiação escura

Outro fator na "aceleração" do universo foi descoberto por astrônomos usando o Hubble. Acredita-se que a radiação escura tenha aparecido no início da formação do universo. Então havia mais energia nele, não matéria.

A radiação escura "ajudou" a energia escura a expandir os limites do universo. As diferenças na determinação da velocidade de aceleração devem-se à natureza desconhecida desta radiação, dizem os cientistas.

Trabalhos adicionais do Hubble devem tornar as observações mais precisas.

Energia misteriosa pode destruir o universo

Os cientistas vêm considerando esse cenário há várias décadas, dados observatório espacial Planck diz que isso está longe de ser mera especulação. Eles foram publicados em 2013.

"Planck" mediu o "eco" Big Bang, que apareceu na idade do Universo cerca de 380 mil anos, a temperatura era de 2.700 graus. E a temperatura mudou. "Planck" também determinou a "composição" do Universo:

• quase 5% são estrelas, poeira cósmica, gás espacial, galáxias;
• quase 27% é a massa de matéria escura;
• cerca de 70% é energia escura.

O físico Robert Caldwell sugeriu que a energia escura tem um poder que pode crescer. E esta energia separará o espaço-tempo. A galáxia se afastará nos próximos vinte a cinquenta bilhões de anos, acredita o cientista. Este processo ocorrerá com a crescente expansão das fronteiras do Universo. Vai rasgar via Láctea de uma estrela, e ela também vai desmoronar.

O cosmos foi medido em cerca de sessenta milhões de anos. O sol se tornará uma estrela anã que se desvanece e os planetas se separarão dele. Então a terra vai explodir. Nos próximos trinta minutos, o espaço vai separar os átomos. O final será a destruição da estrutura do espaço-tempo.

Para onde vai a Via Láctea?

Astrônomos de Jerusalém estão convencidos de que a Via Láctea ganhou velocidade máxima, que é maior que a taxa de expansão do universo. Os cientistas explicam isso pelo desejo da Via Láctea ao "Grande Atrator", que é considerado o maior. Assim, a Via Láctea deixa o deserto cósmico.

Os cientistas usam diferentes técnicas medição da taxa de expansão do universo, então não resultado único esta configuração.