Погляд на далёкія зоркі і галактыкі праз бліжэйшыя газавыя аблокі. Малюнак: ESO / M. Карнмессер.

Першыя зоркі ў Сусвеце назаўжды нябачныя чалавечым вачам

Чаму нават пры бясконцым павелічэнні мы ніколі не праглядаем першых зорак.

"Спынімся на прыгажосці жыцця. Паназірайце за зоркамі і ўбачыце, як з імі бегаеце " –Марк Аўрэлій

Уявіце начное неба, як вы гэта ведаеце. Далёка ад гарадоў, у бязмесячную ноч, у самых цёмных раёнах, якія вы калі-небудзь адчувалі. Можа, ты кладзешся назад на траву, гледзячы на ​​нябёсы зверху. Глядзіш уверх, паветра прахалоднае, а неба яснае: хмараў не відаць зусім. Што гэта вы бачыце?

Начное неба, як відаць з Нарвегіі Трысіль. Крэдыт малюнка: карыстальнік Flickr Цімаці Бук, які мае дазвол cc-by-2.0.

Так, ёсць планеты, зоркі яркія і цьмяныя і нават Млечны Шлях над галавой. Але, мабыць, самае дзіўнае ў начным небе - не наяўнасць гэтых некалькіх рассеяных агнёў, а, хутчэй, той факт, што - амаль у кожным месцы можна паказваць - само неба цямнее. Калі падумаць над ім хвіліну, не мае сэнсу, што гэта павінна быць так.

Калі б Сусвет была сапраўды, сапраўды поўная зорак - з кропак святла ва ўсе бакі - тады вы маглі б цалкам чакаць, што куды б вы ні глядзелі, у любым кірунку, у выніку ваша праглядная сіла пацякла б у зорку. І як толькі гэта здарылася, вы б не бачылі "цёмнага" дзе б вы ні паглядзелі. Кожная кропка ў выніку будзе напоўнена святлом, незалежна ад таго, якой далёкай зоркі, галактыкі ці іншай кропкі святла не было.

Ядро шарападобнага навалы Амега Центаўры - гэта тое, што вы маглі б чакаць, каб начное неба выглядала, калі б усюды былі зоркі. Крэдыт малюнкаў: NASA / ESA і каманда па спадчыне Хабла (STScI / AURA), праз http://www.spacetelescope.org/images/opo0133a/.

Гэта быў адзін з вялікіх парадоксаў 19-га стагоддзя: парадокс Ольберса, які паказаў, што ідэя бясконцай Сусветы, напоўненай бясконцай колькасцю зорак, якія раскінуліся па гэтай прасторы, была несумяшчальная з цёмным начным небам, якое мы ўсе маглі бачыць.

Рэзалюцыя гэтага парадокса, безумоўна, заключаецца ў тым, што, калі мы глядзім на далёкую Сусвет, мы на самай справе азіраемся назад у часе, і паколькі Сусвет існуе ў гарачым, шчыльным і больш раўнамерным раннім стане, быў час, перад якім Сусвет не ўтрымліваў зорак, бо спатрэбіўся час, каб гравітацыя пачала разбураць гэты спрадвечны газ у зоркі ўпершыню. Паглядзі за пэўную адлегласць, і ніколі не ўбачыш ні адной зоркі.

Гісторыя рэінізацыі і зорнай адукацыі нашага Сусвету. Крэдыт малюнкаў: NASA / SG Djorgovski & Digital Media Center / Caltech.

Пасля Вялікага выбуху Сусвет была гарачай, шчыльнай і аднастайнай, але і пашыралася і астуджалася. Да таго часу, калі Сусвету каля 380 000 гадоў, ён досыць астыў, каб утварыць нейтральныя атамы ўпершыню. Але ёсць дзве перашкоды, каб што-небудзь бачыць:

  1. Няма чаго паглядзець, пакуль не пачнем ствараць штосьці, што выпраменьвае святло.
  2. Нават калі вы робіце гэта, Сусвет павінен стаць празрыстым.

Хоць гэтыя дзве праблемы - утварэнне першых зорак і Сусвет становяцца празрыстымі - часта звязваюць разам як "цёмныя стагоддзі", гэта дзве асобныя праблемы, якія трэба вырашыць Сусвету.

Сцяна Цыгнуса ў туманнасці Паўночнай Амерыкі, NGC 7000. Крэдыт на малюнак: Кэн Крофорд, які мае міжнародную ліцэнзію cca-sa-4.0.

Па-першае, вам проста няма чаго паглядзець, пакуль не ўтворыце зоркі ўпершыню. У той час як Сусвет пачынаўся амаль ідэальна раўнамерна, ёсць маленечкія недасканаласці, у тым ліку некаторыя рэгіёны, якія пачынаюцца з крыху больш сярэдняга рэчыва. З цягам часу гравітацыя працуе на тым, каб уцягваць усё больш і больш матэрыі ў гэтыя празмерныя рэгіёны, ператвараючы іх у груды матэрыі.

Гэта займае дзясяткі мільёнаў гадоў, але пасля таго, як пройдзе дастаткова часу, гэтыя згусткі вырастаюць дастаткова вялікімі, што гравітацыя пачынае разбураць іх пад уласнай гравітацыяй. І калі стрыжні гэтых атамаў і малекул становяцца досыць шчыльнымі, нарэшце можа адбыцца працэс ядзернага зліцця - спальвання вадароднага паліва ў гелій!

Малады рэгіён, які ўтварае зорку, знойдзены ў нашым уласным Млечным шляху. Крэдыт малюнка: НАСА, ЕКА і спадчына Хабла (STScI / AURA) -ESA / Супрацоўніцтва Хабла; Пацвярджэнне: Р. О'Конэл (Універсітэт Вірджыніі) і Камітэт па навуковым наглядзе WFC3.

Гэтыя месцы ядзернага сінтэзу становяцца ядрамі першых зорак у Сусвеце, гарачых і яркіх, і выпраменьваюць першае бачнае святло, якое Сусвет бачыла з ранніх этапаў гарачага Вялікага Выбуху. Гэта адбываецца пасля таго, як толькі 50 мільёнаў гадоў увайшлі ў гісторыю Сусвету, неверагодна кароткі час да з'яўлення першых зорак. Але ёсць праблема: ніводная з гэтых зорак нам насамрэч не бачная!

Цёмная туманнасць Барнарда 68, у цяперашні час як малекулярнае воблака, называецца глобуле Бока. Крэдыт малюнкаў: ESO, праз http://www.eso.org/public/images/eso0102a/.

Вядома, зоркі выпраменьваюць святло, але зоркі за "цёмнай туманнасцю" вышэй, Барнард 68. Гэта туманнасць выглядае настолькі цёмнай, таму што святло ад зорак заблакавана! Чаму гэта? Таму што атамы і малекулы, якія там існуюць, маюць патрэбную фізічную велічыню для паглынання - і, такім чынам, з'яўляюцца непразрыстымі - для бачнага святла.

У той час як самі атамныя атомы маюць толькі пэўныя атамныя пераходы, яны могуць паглынаць святло, калі яны звязаны паміж сабой ва ўсялякіх заблытаных канфігурацыях, яны могуць блакаваць увесь спектр бачнага святла. І гэты тып непразрыстасці - гэта менавіта тое, што адбудзецца, калі ўтвараюцца першыя зоркі: Сусвет можа ствараць святло, але няма магчымасці падарожнічаць нам.

Дык як нам выйсці з гэтага?

Малекулярная хмара BHR 71. Крэдыт малюнкаў: Дж. Алвес (ESO), Э. Талстой (Гронінген), Р. Фосберы (ST-ECF) і Р. Хук (ST-ECF), VLT.

Вы павінны іянізаваць гэтыя атамы! Ці, больш канкрэтна, вы павінны паўторна рэагаваць іх, бо яны былі іянізаваныя адзін раз раней - яшчэ да таго, як яны сталі нейтральнымі ў першую чаргу. Але гэта адбываецца не хутка; гэта працэс, які патрабуе мільярдаў на мільярды зорак, каб фармаваць, выпраменьваць ультрафіялет, іянізуючае выпраменьванне і паражаць больш за 99% нейтральных атамаў у Сусвеце. Гэта паступовы працэс, які займае каля 550 мільёнаў гадоў!

Але гэта не значыць, што прайшло 550 мільёнаў гадоў, перш чым утвараюцца першыя зоркі. Згодна з нашымі лепшымі мадэлямі будовы структуры, першыя зоркі ўтвараюцца толькі ад 50 да 100 мільёнаў гадоў пасля Вялікага выбуху. Самыя першыя зоркі ўтварыліся значна раней, чым мы калі-небудзь маглі бачыць, і мы не прымушалі гэтых зорак - і яны не гаралі досыць доўга - каб паўторна стварыць Сусвет і зрабіць яго празрыстым для святла, пакуль 550 мільёнаў гадоў мінула.

Ілюстрацыя першых зорак, якія ўключаюцца ў Сусвеце. Малюнак: НАСА.

У Сусвеце недастаткова проста "хай будзе святло", каб убачыць першых зорак: для гэтага святла вам трэба свабодна падарожнічаць па космасе! У бачным святле няма магчымасці іх убачыць. Незалежна ад таго, наколькі добры касмічны тэлескоп Хаббл, незалежна ад таго, як доўга ён глядзіць на гэтыя ўчасткі неба, ён ніколі не ўбачыць зноў першых зорак, бо Сусвет па-ранейшаму непразрыстая для бачнага святла.

Але ёсць надзея, і касмічны тэлескоп Джэймса Уэбба мае патэнцыял, каб ператварыць нашу перспектыву з надзеі ў рэальнасць.

Той жа шар Бока - Барнард 68 - як было паказана раней, за выключэннем часткова інфрачырвонага выгляду, намаляванага справа. Крэдыт малюнка: Еўрапейская паўднёвая абсерваторыя (ESO).

Гледзячы на ​​даўжыню святла, гэтыя пыльныя канфігурацыі атамаў і малекул сапраўды могуць быць празрыстымі для гэтых хваль. Нават нягледзячы на ​​тое, што Хабл не зможа ўбачыць тых зорак, Джэймс Уэбб, які будзе праглядаць інфрачырвоныя (і даволі доўгія інфрачырвоныя) даўжыні хваль, зможа ўбачыць усю эпоху, калі Сусвет была непразрыстай для бачнага святла.

Іншымі словамі, калі JWST запускаецца ўсяго за два гады, нам сапраўды ўдасца прамацаць першыя зоркі ў Сусвеце, а не толькі сотні мільёнаў гадоў пасля факту, калі Сусвет становіцца празрыстым для бачнага святла. Першыя зоркі ў Сусвеце могуць быць нябачнымі на час, але гэта віна нашых вачэй, а не віна святла!

Гэтая публікацыя ўпершыню з'явілася ў Forbes і прадастаўляецца вам прыхільнікамі Patreon без рэкламы. Каментуйце наш форум і купіце нашу першую кнігу: Beyond The Galaxy!