Sterrekunde

Was die ruimte net na die oerknal gevul met warm gas?

Was die ruimte net na die oerknal gevul met warm gas?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Was die ruimte vol warm gas nadat die oerknal plaasgevind het?

Laat my asseblief weet as daar 'n probleem in my vraag is. Dankie!


Ek is nie seker wat u met "newels" bedoel nie. U kan "materie in gasvormige of plasmatoestand" of "wolk met lae digtheid gas en stof in die ruimte" bedoel (dit is wat sterrekundiges met newels bedoel.)

Daar word geglo dat eersgenoemde geval korrek is, en dit word redelik goed beskryf in Wikipedia. Ek sal opsom. Onmiddellik na die oerknal (10-20 sekondes of so) was die heelal vol uitermate warm en uiters digte materie - warm genoeg dat atome nie net uitmekaar gekom het nie en dat kerne uitmekaar gekom het nie, maar dat selfs protone en neutrone in 'n kwark-gluonplasma uitmekaar gekom het. Dit het afgekoel tot 'n bredie van elementêre deeltjies, wat afgekoel het in meestal protone, neutrone en elektrone, wat gedeeltelik in kerne afgekoel het. Op hierdie stadium is ons miskien 'n oomblik in die uitbreiding en die heelal was vol met 'n plasma wat nog warmer was as die middelpunt van 'n ster. Na ongeveer 300 000 jaar het die plasma genoeg afgekoel om weer in atome te kombineer. Uiteindelik begin sterre vorm.

Geen sterrekundige sou bel nie enige fase van hierdie uitbreiding 'n "newel" - hulle het eers later gevorm nadat die atoomgas 'n miljoen jaar verlaat het nadat die oerknal in sterre en kolle van gas en kolle naby vakuum begin kondenseer het.

Kortom: newels bestaan ​​eers miljoene jare na die oerknal, maar die heelal is baie vroeër in die oerknal met warm gas gevul.


Die oerknal & # 8211 Die begin van alles

Mense kyk al eeue na die sterre en wonder hoe die heelal ontwikkel het tot wat dit vandag is. Dit is die onderwerp van godsdienstige, filosofiese en wetenskaplike bespreking en debat. Mense wat probeer het om die raaisels van die ontwikkeling van die heelal te ontdek, is bekende wetenskaplikes soos Albert Einstein, Edwin Hubble en Stephen Hawking. Die oerknal-teorie is een van die bekendste en mees aanvaarde modelle vir die ontwikkeling van die heelal.

Die vroegste fases van die oerknal fokus op 'n oomblik waarin al die afsonderlike kragte van die heelal deel was van 'n verenigde mag. Die wetenskaplike wette begin afbreek hoe verder jy kyk. Uiteindelik kan u geen wetenskaplike teorieë maak oor wat gebeur nie, omdat die wetenskap self nie van toepassing is nie.

Tydlyn van die metrieke uitbreiding van die ruimte, waar ruimte (insluitend hipotetiese nie-waarneembare gedeeltes van die heelal) telkens deur die sirkelvormige gedeeltes voorgestel word. (Nie volgens skaal nie)

As ons vandag na die naghemel kyk, sien ons sterrestelsels wat geskei word deur groot leë ruimtes. Op die vroegste oomblikke van die oerknal is al die materie, energie en ruimte wat ons kon waarneem, saamgepers tot 'n oppervlakte van nul volume en oneindige digtheid. Kosmoloë noem dit 'n unieke karakter.

Daar was soveel energie in die heelal gedurende die eerste paar oomblikke wat saak maak soos ons weet dit nie kon vorm nie. Maar die heelal het vinnig uitgebrei, wat beteken dat dit minder dig geword het en afgekoel het. Namate dit uitgebrei het, het materie begin vorm en straling het energie verloor. Binne enkele sekondes het die heelal gevorm uit 'n enkelheid wat oor die ruimte gestrek het.

Een gevolg van die oerknal was die vorming van die vier basiese kragte in die heelal. Hierdie kragte is:

Aan die begin van die oerknal was hierdie magte deel van 'n verenigde mag. Dit was eers kort nadat die oerknal begin het, dat die magte geskei het in wat hulle vandag is.

Baie fisici en kosmoloë werk nog steeds aan die vorming van die Grand Unified Theory, wat sou verklaar hoe die vier kragte eens verenig was en hoe dit met mekaar verband hou.


Hoe het hierdie sterrestelsel net 1,5 miljard jaar na die oerknal uit die chaos ontstaan?

Hoe verder 'n voorwerp weg is, hoe langer neem dit die lig om by ons te kom, dus in 'n sekere sin, hoe verder in die verlede sien ons dit. Die verste voorwerpe wat ons sien, is so ver weg dat hul lig byna die ouderdom van die heelal geneem het om ons te bereik, en ons sien dit dus soos toe die heelal baie jonk was.

Meer slegte sterrekunde

As ons na baie verre sterrestelsels kyk (en dus soos dit was toe hulle net begin het), sien ons dat dit eintlik sterrestelsels is fragmente: vreemde, verwronge klein dingetjies wat nog groei. Hierdie fragmente bots en smelt saam (en verdraai hul vorms nog 'n geruime tyd) en vestig uiteindelik in majestueuse elliptiese en spiraalvormige sterrestelsels soos ons vandag sien. Maar toe was dit nog net onreëlmatige stukke.

Daarom is dit so vreemd dat sterrekundiges net gevind het wat lyk soos 'n massiewe skyfstelsel van 12,3 miljard ligjare daarvandaan. Met ander woorde, hierdie sterrestelsel het al minder as 1,5 miljard jaar nadat die Heelal begin het, saamgevat! Dit is die verste roterende skyfstelsel wat nog ooit gesien is.

Die Wolfe-sterrestelsel gesien deur die Very Large Array (groen, links), wat diffuse molekulêre gas toon, en ALMA (rooi, regs) wat kouer gas en stof toon, met Hubble-waarnemings (blou) as agtergrond vir albei wat wys waar sterre is vorming. Krediet: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), M. Neeleman NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello NASA / ESA Hubble

Die sterrestelsel word DLA0817g genoem (met die bynaam die Wolfe Galaxy, na wyle Arthur Wolfe, 'n sterrekundige wat adviseur was vir verskeie wetenskaplikes wat hierdie navorsing gedoen het) en dit is waargeneem met die Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, 'n versameling van skottelgoed in Chili wat lig op baie langer golflengtes waarneem as wat die menslike oog kan sien. Dit is sensitief vir lig wat uitgestraal word deur dinge soos enkel geïoniseerde koolstof (dit wil sê koolstofatome wat een elektron ontbreek) en koue koolstofmonoksiedgas, albei is volop in sterrestelsels. Dit kan die snelheid wat gas beweeg meet (wat ook die massa van die sterrestelsel vertel) en het duidelik bewyse gesien dat die skyf in die melkweg 270 kilometer per sekonde draai, oor die snelheid wat u sou verwag vir 'n groot, massiewe , gevestigde sterrestelsel, nie te anders as ons eie melkweg nie.

Hubble-waarnemings van die Wolfe-sterrestelsel het getoon dat dit streke bevat wat ultraviolet lig uitblaas, wat 'n duidelike teken is dat baie sterre vorm - sommige van die sterre is baie massief en straal baie UV uit. Die hoeveelheid impliseer dat die sterrestelsel sterre maak met 'n tempo van ten minste 16 keer ons eie sterrestelsel, en dit kan baie hoër wees (die sterrestelsel is stowwerig, en dit blokkeer UV-lig, ander aanwysers impliseer 'n stervormingstempo van meer as honderd keer die Melkweg s'n, wat 'n baie).

'N Gedeelte van die Hubble Ultra Deep Field, een klein kol in die lug gevul met sterrestelsels. Byna elke voorwerp in hierdie beeld is 'n sterrestelsel. Let op hoe die kleinste sterrestelsels 'n groot verskeidenheid onreëlmatige vorms het. Krediet: NASA, ESA, H. Teplitz en M. Rafelski (IPAC / Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), en Z. Levay (STScI)

Tradisionele modelle van die vorming van skyfstelsels vind dit moeilik om so 'n sterrestelsel te produseer. In die modelle val gas in 'n sterrestelsel wat baie warm word en vorm dit in 'n ongeveer sferiese voorwerp wat dan afkoel en op 'n skyf gaan sit. Maar dit neem 'n paar miljard jaar, baie langer as wat hierdie sterrestelsel bestaan. Warm gas onderdruk ook die vorming van sterre, aangesien die gas moet afkoel voordat dit homself kan versamel om newels en sterre te vorm.

Die sterrekundiges wat hierdie waarnemings gemaak het, dink dat die sterrestelsel in grootte gegroei het deur koud gas wat daarin val. In plaas daarvan om net in die vormende sterrestelsel vas te slaan en op te warm, kom dit in die tempo wat die sterrestelsel kan assimileer, en hou dit koeler. Hierdie idee het die afgelope paar dekades 'n bietjie styging gekry.

Maar dit het ook probleme. Sommige van die gas kan ook binnekom as kleiner, gasryke dwergstelsels saamsmelt met die groter sterrestelsel. Maar dit is gewoonlik relatief gewelddadige gebeure wat die gas verhit, wat 'n koue skyf moeilik onderhou. Dit is duidelik dat daar meer oor hierdie proses geleer kan word.

'N Interessante punt oor hoe hierdie sterrestelsel gevind is: Normaalweg vind diep opnames van die lug die helderste voorbeelde van dinge, aangesien dit die maklikste is om te vind. Maar in hierdie geval is die Wolfe Galaxy per ongeluk gevind. Sterrekundiges het gekyk na 'n nog verre sterrestelsel genaamd a kwasar, en sien dat die lig daarvan deur koel gas 'n bietjie nader aan ons opgeneem word. Hulle het gekyk en gevind dat gas 'n deel van die Wolfe Galaxy was. Aangesien die sterrestelsel relatief flou is, beteken dit dat daar baie meer groot, goed gevormde skyfstelsels in die vroeë heelal kan wees.

Kunswerke wat die Wolfe Galaxy uitbeeld, 'n massiewe skyfsterrestelsel soortgelyk aan die Melkweg wat al goed gevorm was toe die heelal 1,5 miljard jaar oud was. Krediet: NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello

Die lekkerste deel is om meer van hulle te vind. Ons sal nog baie voorbeelde nodig hê om al die prosesse te verstaan ​​wat gebruik word om sterrestelsels soos hierdie te maak. Is die Melkweg ook so gevorm? Dit sou 'n baie interessante ding wees om te weet.

As ons op hierdie manier na die verre heelal kyk, soek ons ​​na die leidrade vir ons eie verlede, wat ons sal vertel hoe ons hier aangekom het. Dit is een van die grootste vrae wat ons het, en ek is mal daaroor dat ons die antwoorde vind.


Die geboorte van sterrestelsels

Alhoewel die heelal sedert die oerknal uitgebrei het, die atome versprei en die lig verkoel, is swaartekrag steeds aanwesig. Op plaaslike weegskaal het atome mekaar aangetrek en vroeë sterre en dan sterrestelsels gevorm. Ons het min waarnemingskennis oor hierdie fase van die heelal- en rsquos-geskiedenis, vandaar die bynaam en die donker eeue & rdquo. Dit het ongeveer 1 miljoen tot 1 miljard jaar na die oerknal geduur, oftewel die eerste paar persent van die heelal en die huidige ouderdom. Astrofisici argumenteer dat 'n vroeë generasie sterre gedurende hierdie tyd gevorm het, wat vinnig supernova geword het en die gas besoedel met klein hoeveelhede elemente swaarder as helium. Gedetailleerde modelle toon dat swaartekrag-aantrekkingskrag (wat beide donker materie en gewone materie insluit) digte velle en filamente voortbring wat dan ineengestort het om sterrestelsels en sterrestelsels te vorm. Groot sterrestelsels kannibaliseer kleiner, en samesmeltings van groot sterrestelsels is algemeen. Massiewe swart gate vorm terselfdertyd in die middel van die meeste sterrestelsels.

Die volgende video, & ldquoLarge Scale Structure of the Universe & ldquo gee 'n samevatting van ons nuutste siening van die verspreiding van sterrestelsels in die ruimte en sterrestelselvorming in die uitbreidende heelal. Eerstens is waarnemings van die Sloan Digital Sky Survey wat die waargenome liggings van sterrestelsels in die ruimte toon en 'n vreemde borrelende patroon. Dan wys dit die resultate van die Millennium-simulasie van sterrestelselvorming in die uitbreidende heelal, en nog 'n rekenaarsimulasie-film (in blou). Die simulasies stem verbasend goed ooreen met die waarnemings.


Hier is 'n oorsig van die boek wat ek in Amazon-boeke gevind het.

jy kan dink, waarom is die entropie van die saak onmiddellik na die oerknal so laag, alhoewel dit baie eweredig versprei is?

laat ek 'n klein opinie gee oor waarom. kan ons saamstem met die volgende 2 feite?

die saak na die oerknal is nie 'n swart gat nie.
die hele materie na die oerknal is 'n swaartekragstelsel.

Vir 'n klassieke gas kinetiese energie & ltK & gt = 3/2 * kT. In teenstelling met konvensionele notasie, sal K eerder gebruik word vir die kinetiese energie, omdat T deur die temperatuur beset word.

'N Selfgraviterende stelsel gehoorsaam die viriale stelling omdat die kinetiese en potensiële energie en die momenta van alle deeltjies begrens word. & ltK & gt = -1/2 & ltU & gt waar & ltU & gt die tydgemiddelde van die potensiële energie is. Die bewys is lank, dus kan ons eerder 'n voorbeeld neem: die probleem met die 2-sentrale krag.

U = -GmM / R (gravitasiepotensiaal)
F [itex] _[/ itex] = -GmM / R [itex] ^ <2> [/ itex] (gravitasiekrag)
F [itex] _[/ itex] = mv [itex] ^ <2> [/ itex] / R (sentrifugale krag)

by ewewig en in toepaslike koördinate is die netto krag nul.

GmM / R [itex] ^ <2> [/ itex] = mv [itex] ^ <2> [/ itex] / R
herrangskik om (1/2) mv [itex] ^ <2> [/ itex] = (1/2) GmM / R te kry

o kyk, ons het K = - (1/2) U. As dit vir 2 deeltjies werk, werk dit miskien vir N-deeltjies.

Dus K = - (1/2) U, U = -2K. totale energie E = K + U = K - 2K = -K.
K = (3/2) kT. Dus E = - (3/2) kT

Met ander woorde, totale energie = -getal * temperatuur, en namate die temperatuur styg, neem E af.

Wat is gravitasie potensiële energie van 'n sfeer van gas?

Dus E = -getal * 1 / R - & gt T = getal / R. Soos R afneem, neem T toe. Namate T toeneem, neem E af.

Dit beteken dat selfgraviterende stelsels hul energie wil verminder deur die grootte daarvan te verminder (gemeet aan die radius R) en die temperatuur te verhoog. Die eenvormige toestand na die oerknal is dus 'n toestand met 'n uiters lae entropie en verkies om na hoër entropie-state te ontwikkel. Inderdaad, energie sou geminimaliseer word as R nul nader.


Bakboordkant

Die heelal is vandag nie dieselfde as gister nie. Met elke oomblik wat verbygaan, vind 'n aantal subtiele maar belangrike veranderinge plaas, selfs al is baie daarvan onopvallend op meetbare, menslike tydskale. Die heelal brei uit, wat beteken dat die afstande tussen die grootste kosmiese strukture mettertyd toeneem.

'N Sekonde gelede was die heelal 'n sekonde van nou af effens kleiner, die heelal sal effens groter wees. Maar hierdie subtiele veranderinge bou beide op oor groot, kosmiese tydskale en beïnvloed meer as net afstande. Namate die heelal uitbrei, verander die relatiewe belang van bestraling, materie, neutrino's en donker energie. Die temperatuur van die heelal verander. En wat u in die lug sou sien, sou ook dramaties verander. Daar is ses verskillende tydperke waarin ons die heelal kan inbreek, en ons is alreeds in die laaste een.

Hoe materie (bo), bestraling (middel) en 'n kosmologiese konstante (onder) alles mettertyd in 'n uitbreidende heelal ontwikkel. Namate die heelal uitbrei, verdun die materiaaldigtheid, maar die straling word ook koeler namate die golflengtes tot langer, minder energieke toestande rek. Die digtheid van donkere energie daarenteen, sal werklik konstant bly as dit optree soos tans gedink word: as 'n vorm van energie wat eie is aan die ruimte self.

E. SIEGEL / BUITE DIE GALAXIE

Die rede hiervoor kan verstaan ​​word uit die grafiek hierbo. Alles wat in ons heelal bestaan, bevat 'n sekere hoeveelheid energie: materie, straling, donker energie, ens. Soos die heelal uitbrei, verander die volume wat hierdie vorms van energie inneem, en elkeen sal sy energiedigtheid anders ontwikkel. In die besonder, as ons die waarneembare horison deur die veranderlike definieer a, dan:

  • materie se energiedigtheid sal ontwikkel as 1 /a 3, aangesien (vir materie) digtheid net massa bo volume is en massa maklik omgeskakel kan word in energie via E = mc 2 ,
  • straling sal sy energiedigtheid ontwikkel as 1 /a 4, aangesien (vir bestraling) die getaldigtheid die aantal deeltjies is gedeel deur volume, en die energie van elke individuele foton strek namate die heelal uitbrei, en voeg 'n addisionele faktor van 1 /a relatief tot materie,
  • en donker energie is 'n eienskap van die ruimte self, dus bly die energiedigtheid daarvan konstant (1 /a 0), ongeag die heelal se uitbreiding of volume.

'N Visuele geskiedenis van die uitbreidende heelal bevat die warm, digte toestand wat bekend staan ​​as die oerknal en die groei en vorming van struktuur daarna. Die volledige reeks data, insluitend die waarnemings van die ligelemente en die kosmiese mikrogolfagtergrond, laat net die oerknal as 'n geldige verklaring vir alles wat ons sien. Namate die heelal uitbrei, koel dit ook af, wat dit moontlik maak om ione, neutrale atome en uiteindelik molekules, gaswolke, sterre en uiteindelik sterrestelsels te vorm.

'N Heelal wat langer bestaan, sal dus meer uitgebrei het. Dit sal in die toekoms koeler wees en in die verlede was dit warmer, dit was in die verlede swaartekragmatiger, en dit was nou lomper, dit was kleiner in die verlede en sal in die toekoms baie, baie groter wees.

Deur die wette van fisika op die heelal toe te pas en die moontlike oplossings te vergelyk met die waarnemings en metings wat ons verkry het, kan ons bepaal waar ons vandaan kom en waarheen ons op pad is. Ons kan ons verlede se geskiedenis ekstrapoleer tot by die begin van die warm oerknal en selfs voorheen tot 'n tydperk van kosmiese inflasie. Ons kan ons huidige heelal ook in die verre toekoms ekstrapoleer en die uiteindelike lot wat alles wat bestaan, verwag.

Ons hele kosmiese geskiedenis word teoreties goed verstaan, maar slegs omdat ons die teorie van gravitasie wat daaraan lê verstaan, en omdat ons weet wat die heelal se huidige uitbreidingstempo en energiesamestelling is. Lig sal altyd voortgaan om voort te plant deur hierdie uitbreidende Heelal, en ons sal daardie lig na willekeur bly ontvang tot ver in die toekoms, maar dit sal in die tyd beperk wees tot wat ons bereik. Ons sal na helderder helderheid en langer golflengtes moet gaan om die voorwerpe wat tans sigbaar is, te sien, maar dit is tegnologiese en nie fisiese beperkings nie.

NICOLE RAGER FULLER / NASIONALE WETENSKAPSTIGTING

Wanneer ons die skeidslyne trek op grond van hoe die Heelal optree, kom ons agter dat daar ses verskillende tydperke sal wees.

  1. Inflasionêre era: wat die warm oerknal voorafgegaan en opgestel het.
  2. Oorsop-era: vanaf die begin van die warm oerknal tot die finale transformatiewe kern- en amp-deeltjie-interaksies in die vroeë heelal plaasvind.
  3. Plasma-era: vanaf die einde van nie-verspreidende kern- en deeltjie-interaksies totdat die heelal genoeg afkoel om neutrale materie stabiel te vorm.
  4. Donker Eeue era: vanaf die vorming van neutrale materie totdat die eerste sterre en sterrestelsels die intergalaktiese medium van die heelal heeltemal herjoniseer.
  5. Sterre era: vanaf die einde van reïonisering totdat die swaartekrag-gedrewe vorming en groei van grootskaalse struktuur ophou, wanneer die donker energiedigtheid oorheers oor die materie-digtheid.
  6. Donker Energie era: die finale fase van ons Heelal, waar die uitbreiding versnel en ontkoppelde voorwerpe onherroeplik en onomkeerbaar van mekaar af wegsnel.

Ons het reeds miljarde jare gelede hierdie laaste era betree. Die meeste belangrike gebeure wat die geskiedenis van ons heelal sal bepaal, het reeds plaasgevind.

Fluktuasies in die ruimtetyd self op die kwantumskaal word gedurende die inflasie oor die heelal gestrek, wat aanleiding gee tot onvolmaakthede in beide digtheid en swaartekraggolwe. Of inflasie uit 'n uiteindelike enkelheid ontstaan ​​het of nie, is onbekend, maar die handtekeninge of dit plaasgevind het, is wel in ons waarneembare heelal toeganklik.

E. SIEGEL, MET BEELDE GELEI VAN ESA / PLANCK EN DIE DOE / NASA / NSF INTERAGENSIE TAAKKRAG OP CMB NAVORSING

1.) Inflasie-era. Voor die warm oerknal was die heelal nie gevul met materie, antimaterie, donker materie of bestraling nie. Dit was nie gevul met deeltjies van enige aard nie. In plaas daarvan was dit gevul met 'n vorm van energie inherent aan die ruimte self: 'n vorm van energie wat die heelal op 'n eksponensiële manier vinnig en onverpoosd laat uitbrei het.

  • Dit het die Heelal, van watter meetkunde hy al ooit gehad het, in 'n toestand wat nie van ruimtelik plat onderskei kon word nie, gestrek.
  • Dit het 'n klein, oorsaaklike verband van die heelal uitgebrei tot een wat baie groter is as ons huidige sigbare heelal: groter as die huidige oorsaaklike horison.
  • Dit het enige deeltjies geneem wat moontlik aanwesig was en het die Heelal so vinnig uitgebrei dat nie een daarvan in 'n gebied so groot soos ons sigbare heelal agterbly nie.
  • En die kwantumskommelings wat tydens inflasie plaasgevind het, het die struktuursaad geskep wat vandag aanleiding gegee het tot ons groot kosmiese web.

En dan, skielik, ongeveer 13,8 miljard jaar gelede, het inflasie geëindig. Al daardie energie, wat eens inherent aan die ruimte self was, het omgeskakel in deeltjies, antipartikels en bestraling. Met hierdie oorgang het die inflasie-era geëindig, en die warm oerknal het begin.

By die hoë temperature wat in die baie jong heelal bereik word, kan nie net deeltjies en fotone spontaan geskep word nie, met genoeg energie, maar ook antipartikels en onstabiele deeltjies, wat 'n oer-deeltjie-en-deeltjiesop tot gevolg het. Maar selfs met hierdie toestande kan slegs enkele spesifieke toestande of deeltjies ontstaan.

BROOKHAVEN NASIONALE LABORATORIE

2.) Oorsop era. Sodra die uitbreidende heelal gevul is met materie, antimaterie en bestraling, gaan dit afkoel. Wanneer deeltjies bots, produseer hulle die deeltjies-antipartikelpare wat volgens die wette van die fisika toegelaat word. Die primêre beperking kom slegs uit die energieë van die betrokke botsings, want die produksie word beheer deur E = mc 2 .

Namate die Heelal afkoel, daal die energie, en dit word al hoe moeiliker om massiewe deeltjies-deeltjies-pare te skep, maar vernietiging en ander deeltjie-reaksies bly onverpoosd. 1 tot 3 sekondes na die oerknal is die antimaterie heeltemal weg en laat net die saak agter. 3 tot 4 minute na die oerknal kan stabiele deuterium ontstaan, en nukleosintese van die ligelemente vind plaas. En na 'n paar radioaktiewe vervalle en 'n paar finale kernreaksies, het ons net 'n warm (maar afkoelende) geïoniseerde plasma wat bestaan ​​uit fotone, neutrino's, atoomkerne en elektrone.

In vroeë tye (links) versprei fotone van elektrone en is hulle genoeg in energie om enige atome weer in 'n geïoniseerde toestand te laat val. Sodra die heelal genoeg afkoel en sonder sulke hoë-energie fotone (regs) is, kan hulle nie met die neutrale atome kommunikeer nie, en bloot vrystroom, omdat hulle die verkeerde golflengte het om hierdie atome tot 'n hoër energievlak te prikkel.

E. SIEGEL / BUITE DIE GALAXIE

3.) Plasma-era. Sodra daardie ligte kerne gevorm is, is dit die enigste positief (elektries) gelaaide voorwerpe in die heelal, en hulle is oral. Natuurlik word hulle gebalanseer deur 'n gelyke hoeveelheid negatiewe lading in die vorm van elektrone. Kerne en elektrone vorm atome, en dit lyk dus net natuurlik dat hierdie twee soorte deeltjies mekaar dadelik sal vind en atome vorm en die weg baan vir sterre.

Ongelukkig vir hulle is hulle fotone baie meer as meer as 'n miljard tot een. Elke keer as 'n elektron en 'n kern aanmekaar bind, kom daar 'n genoeg energiefoton wat hulle uitmekaar blaas. Eers toe die Heelal dramaties afkoel, van miljarde grade tot net duisende grade, kan neutrale atome uiteindelik vorm. (En selfs dan is dit slegs moontlik vanweë 'n spesiale atoomoorgang.)

Aan die begin van die plasma-era word die heelal se energie-inhoud oorheers deur straling. Aan die einde word dit oorheers deur normale en donker materie. Hierdie derde fase neem ons tot 380 000 jaar na die oerknal.

Skematiese diagram van die geskiedenis van die heelal, wat die herionisering beklemtoon. Voordat sterre of sterrestelsels gevorm het, was die heelal vol ligblokkende, neutrale atome. Alhoewel die grootste deel van die Heelal eers 550 miljoen jaar daarna weer gerejoniseer word, met sommige streke vroeër volle herjonisering en ander later. Die eerste groot golwe van reïonisering begin ongeveer 250 miljoen jaar oud, terwyl 'n paar gelukkige sterre net 50 tot 100 miljoen jaar na die oerknal kan vorm. Met die regte gereedskap, soos die James Webb-ruimteteleskoop, kan ons die vroegste sterrestelsels begin openbaar.

S. G. DJORGOVSKI ET AL., CALTECH DIGITAL MEDIA CENTRE

4.) Donker Eeue era. Eindelik gevul met neutrale atome, kan gravitasie die proses van struktuurvorming in die heelal begin. Maar met al hierdie neutrale atome in die omtrek, is dit wat ons tans ken as sigbare lig onsigbaar in die hele lug.

Hoekom is dit so? Omdat neutrale atome, veral in die vorm van kosmiese stof, uitstekend is om sigbare lig te blokkeer.

Om hierdie donker eeue te beëindig, moet die intergalaktiese medium herjoniseer word. Dit verg enorme hoeveelhede stervorming en 'n geweldige aantal ultravioletfotone, en dit verg tyd, gravitasie en die begin van die kosmiese web. Die eerste groot streke van reïonisering vind 200-250 miljoen jaar na die oerknal plaas, maar reïonisering is gemiddeld nie voltooi voordat die heelal 550 miljoen jaar oud is nie. Op hierdie stadium neem die stervormingstempo steeds toe, en die eerste massiewe sterrestelselgroepe begin pas vorm.

Die sterrestelselkluster Abell 370, wat hier getoon word, was een van die ses massiewe sterrestelselklusters wat in die Hubble Frontier Fields-program afgebeeld is. Aangesien ander groot sterrewagte ook gebruik is om hierdie gebied van die hemel te beeld, is duisende ultra-verre sterrestelsels aan die lig gebring. Deur hulle weer met 'n nuwe wetenskaplike doel te waarneem, sal Hubble se BUFFALO-program (Beyond Ultra-deep Frontier Fields And Legacy Observations) afstande na hierdie sterrestelsels verkry, sodat ons beter kan verstaan ​​hoe sterrestelsels in ons heelal gevorm, ontwikkel en opgegroei het. As ons dit met intrakluster ligmetings kombineer, kan ons 'n selfs groter begrip kry van die donker materie binne-in via verskeie bewyse van dieselfde struktuur.

NASA, ESA, A. KOEKEMOER (STSCI), M. JAUZAC (DURHAM UNIVERSITY), C. STEINHARDT (NIELS BOHR INSTITUTE) EN DIE BUFFALO-SPAN

5.) Sterre era. Sodra die donker eeue verby is, is die heelal nou deursigtig vir sterrelig. Die groot uitsparings van die kosmos is nou toeganklik, met sterre, sterretrosse, sterrestelsels, sterrestelsels en die groot, groeiende kosmiese web wat almal wag om ontdek te word. Die heelal word, energiewys, oorheers deur donker materie en normale materie, en die swaartekraggebonde strukture groei steeds groter.

Die stervormingskoers styg en styg, en bereik 'n hoogtepunt van ongeveer 3 miljard jaar na die oerknal. Op hierdie stadium gaan daar steeds nuwe sterrestelsels voort, bestaande sterrestelsels bly groei en saamsmelt, en sterrestelselgroepe lok al hoe meer materie daarin. Maar die hoeveelheid vrye gas in sterrestelsels begin daal, aangesien die enorme hoeveelhede stervorming 'n groot hoeveelheid daarvan opgebruik het. Stadig maar bestendig daal die stervormingstempo.

Na verloop van tyd sal die sterftesyfer sterker wees as die geboortesyfer, wat vererger word deur die volgende verrassing: namate die materiaaldigtheid daal met die uitbreidende heelal, begin 'n nuwe vorm van energie - donker energie - verskyn en oorheers. 7,8 miljard jaar na die oerknal hou verre sterrestelsels op in hul resessie van mekaar af, en begin hulle weer te versnel. Die versnelde heelal is op hande. 'N Rukkie later, 9,2 miljard jaar na die oerknal, word donker energie die dominante komponent van energie in die heelal. Op hierdie stadium betree ons die finale era.

Die verskillende moontlike lotgevalle van die Heelal, met ons werklike, vinnige lot aan die regterkant. Na genoeg tyd sal die versnelling elke gebonde galaktiese of supergalaktiese struktuur in die heelal geïsoleer laat, aangesien al die ander strukture onherroeplik versnel. Ons kan net na die verlede kyk om die teenwoordigheid en eienskappe van die donker energie af te lei, wat ten minste een konstante benodig, maar die implikasies daarvan is groter vir die toekoms.

6.) Donker Energietydperk. Sodra donker energie oorneem, gebeur daar iets vreemd: die grootskaalse struktuur in die heelal hou op om te groei. Die voorwerpe wat swaartekragtig aan mekaar gebind was voor die oorname van donker energie, sal gebind bly, maar diegene wat nog nie gebind was deur die begin van die donker energie-era nie, sal nooit gebind word nie. In plaas daarvan sal hulle eenvoudig van mekaar af versnel, wat eensame bestaan ​​in die groot uitspattigheid van niks lei.

Die individuele gebonde strukture, soos sterrestelsels en groepe / sterrestelsels, sal uiteindelik saamsmelt tot een reuse elliptiese sterrestelsel. Die bestaande sterre sal sterf. Die nuwe vorming van die sterre sal vertraag tot 'n druppel en dan sal gravitasie-interaksies die meeste sterre in die intergalaktiese afgrond uitstoot. Planete sal in hul ouersterre of sterre-oorblyfsels inwerk as gevolg van verval deur swaartekragstraling. Selfs swart gate, met buitengewone lang leeftye, sal uiteindelik deur Hawking-straling verval.

Nadat die son 'n swart dwerg word, en as niks die oorblyfsels van die Aarde uitstoot of bots nie, sal swaartekragstraling uiteindelik daartoe lei dat ons binnedring en deur die oorblyfsel van ons son ingesluk word.

BEELD HOF VAN JEFF BRYANT

Uiteindelik sal slegs swart dwergsterre en geïsoleerde massas te klein wees om kernfusie aan te steek, yl bevolk en van mekaar ontkoppel in hierdie leë, steeds groeiende kosmos. Hierdie eindtoestand lyke sal bestaan, selfs al jare lank, en sal voortduur, aangesien donker energie die dominante faktor in ons heelal bly.

Hierdie laaste era van donker energie-oorheersing het reeds begin. Donker energie het 6 miljard jaar gelede belangrik geword vir die uitbreiding van die Heelal en het die heelal se energie-inhoud begin oorheers rondom die geboorte van ons son en sonnestelsel. Die heelal het miskien ses unieke fases, maar vir die hele geskiedenis van die Aarde was ons alreeds in die laaste een. Kyk goed na die Heelal rondom ons. Dit sal nooit weer so ryk - of so maklik toeganklik - wees nie.


'N Sterrestelsel ver, ver weg & # 8230

As ons snags in die lug opkyk, sien ons sterre (selfs in Londen kan ek 'n paar sien!). Maar daar was nie altyd sterre en sterrestelsels in die heelal nie. In 'n tydperk wat bekend staan ​​as die donker eeue en nie verwar moet word met die ander donker eeue nie, was daar glad nie lig nie. Nadat die geïoniseerde gas wat die heelal in sy baie vroeë lewe gevul het, opgeruim het, was daar 'n baie lang tydperk van, wel, niks. Die heelal was deursigtig, maar het minder as 400 miljoen jaar geen sterre of sterrestelsels bevat nie. Die proses waarmee sterre en sterrestelsels uiteindelik kon ontstaan, staan ​​bekend as herjonisering, en nuwe navorsing wat verlede maand in Nature gepubliseer is, bevat 'n ontdekking wat 'n nuwe venster kan open tot hierdie tyd.

In die koerant het Lehnert en kollegas berig dat hulle die verste voorwerp ontdek het wat fisici nog ooit gesien het: 'n sterrestelsel waarvan die lig minder as 600 miljoen jaar na die oerknal uitgestraal is. Dit is die eerste sterrestelsel wat bekend is dat dit ten volle geleef het in die tydperk van herionisering.

Die sterrestelsel, wat die pakkende naam UDFy-38135539 heet, het 'n rooi verskuiwing * van z = 8.6 & # 8211 die hoogste waargeneem ooit & # 8211 en dit was hieruit dat die span die ouderdom van die sterrestelsel kon bereken. UDFy-38135539 is die eerste keer opgemerk deur Hubble's Wide Field Camera 3, maar Lehnert en sy kollegas het op die grond waarnemings gedoen met behulp van 'n instrument genaamd SINFONI op die Very Large Telescope in Chili om die sterrestelsel in meer besonderhede te bekyk.

Die instrument het gehelp deur die lig uit die sterrestelsel op te skei in 'n proses bekend as spektroskopie, sodat die span na 'n funksie genaamd die Lyman-α-lyn kon soek. Elke foton waaruit die Lyman-α-lyn bestaan, sou uitgestraal word as 'n elektron in 'n waterstofioon van 'n hoër energievlak na 'n laer geval het. Die fotone wat Lehnert en kollegas waargeneem het, was ultraviolet toe hulle uit die sterrestelsel uitgestraal is, maar toe hulle die aarde bereik het, het hulle golflengtes in die infrarooi gebied, wat die hoë rooiverskuiwing hierbo genoem het. This stretching of the wavelength occurs because of the length of time the photons took to travel here – they were created just 600 million years after the big bang. This may sound like a long time, but if you consider that the age of the Universe is 13.7 miljard years, you’ll appreciate that 600 million years is actually very early on in the grand scheme of things, and certainly very, very long ago. Physicists know that reionisation started within 600 million years of the Big Bang, so Lehnert and colleagues came to the conclusion that galaxy UDFy-38135539 must have lived within the epoch of reionisation.

At the beginning, the Universe was very hot and dense, with conditions similar to that in a particle accelerator. After three minutes, the Universe had expanded and cooled enough to have formed all of the elementary particles, as well as protons and neutrons (also in these first three minutes was the matter-antimatter annihilation that destroyed most of the antimatter in the universe). For 400,000 years after this the universe was full of ionised gas, and was opaque. Then, in a period known as recombination, the electrons and protons in the gas got together and formed atoms this made everything a lot clearer. For around 400 miljoen years after that, the universe remained transparent and rather empty, with no stars or galaxies. It was only when astronomical objects, possibly quasars or small galaxies, began to form due to gravitational collapse that things began to get a bit more interesting.

These objects poured radiation out into the universe, causing reionisation. During reionisation, electrons were stripped back off the hydrogen atoms that were formed when they first joined up with the protons, and the universe began to turn into an ionised gas once again. Fortunately, due to the expansion that had taken place in the time between recombination and reionisation, the universe was able to remain transparent despite these bubbles of plasma that had begun to form all over the place. This process led to the formation of the stars and galaxies we see today, but physicists are not yet sure exactly how this all happened.

Because the galaxy UDFy-38135539 lived within the epoch of reionisation, it may be able to help us explain how reionisation started, and how these objects that formed in the cosmological dark ages were able to transform the universe from a mostly neutral one, to one filled with ionised gas.

There are already a few other faraway candidates lined up for study too, and Lehnert and colleagues have shown that such study is possible with current instruments, but astronomers will have to wait for the new wave of telescopes to really study reionisation in detail. The James Webb Space Telescope (JWST), which is the successor to Hubble, and the Extremely Large Telescope (ELT), which is the successor of the VLT, are two that will allow for this more detailed investigation. Both are due to be up and running later on this decade.

* Cosmological redshift is a measure of how fast an object is moving away from the Earth and is a consequence of the expanding Universe. Objects with higher redshift are moving away from the Earth faster than those with lower redshifts, and are further away too. See an earlier post of mine for an image showing redshift in action.

M. D. Lehnert, N. P. H. Nesvadba, J. -G. Cuby, A. M. Swinbank, S. Morris, B. Clement, C. J. Evans, M. N. Bremer, & S. Basa (2010). Spectroscopic confirmation of a galaxy at redshift z=8.6 Nature, 467 arXiv: 1010.4312v1

Further reading

BBC article, including short phone interview with Malcolm Bremer who was one of the physicists on the team.

Blog post at Cosmic log, which includes a Q&A with lead researcher Matt Lehnert.


I watched a BBC video - Wonders of the Universe where the scientist explains that the Big Bang stretched the universe and created space. Is it true?

If the above assumption is true, is the space within atom (distance between nucleus and electron) stretched as well?

You would really do better to get your physics from somewhere other than pop-sci TV programs. Sometimes they get things right but they NEVER get everything right.

The "big bang" really has two meanings. First the "big bang singularity" and second the "big bang theory". The "singularity" is just the name for WHATEVER it was that happened before the big bang theory takes over. We don't know what that was. The big bang theory is a pretty well understood description of what happened AFTER the singularity, starting at about one Plank time after it.

the big bang singularity is a point in which our knowledge of physics can no longer explain what is going on this is prior to 10 -43 seconds. The Hot big bang model, doesn't predict how the universe started, it only explains that the universe started at a hot dense state of unknown size and origin.
Space in and of itself is only geometric volume, it has no physical properties or energy to be warped, twisted stretched, etc. the statements curves space etc is misleading in that regard as it implies space has some separate property.
The geometric volume of space is filled with the existing energy mass contents of the universe as expansion occurs. So nothing is created, as space expands only the volume has changed
How particles and forces influence each other have mathematical geometric relations of influence, as the particles etc being measured occupy the volume of space, GR will use the term space-time curvature. Which describes how gravity influences the matter residing in space. (not that space itself has a property)

Universe geometry is the same in that the shape of the universe is a mathematical descriptive of the energy-density relations of all contributors,(matter,dark energy,gravity, etc) will have positive or negative pressure relations with one another, if the total energy-density is the same as or close to the critical density then the universe is flat. This is essentially a pressure distribution relation.


Test Your Understanding

  1. What is the cosmic microwave background radiation, and why is it important to the big bang theory?
  2. How did the discovery of the large redshifts of many spiral nebulae indicate that the universe is expanding?
  3. Critical Thinking: If the universe is expanding, why isn't Earth moving farther and farther away from the Sun?
  4. Critical Thinking: Why is it a misconception to compare the big bang to an explosion?

Related Primary Literature

  • B. D. Fields et al., Big-bang nucleosynthesis after Planck, J. Cosmol. Astropart. Fis., 2020(03):010, 2020 DOI: https://doi.org/10.1088/1475-7516/2020/03/010
  • A. Riess et al., New parallaxes of galactic Cepheids from spatially scanning the Hubble Space Telescope: Implications for the Hubble constant, Astrofis. J, 855:136, 2018 DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aaadb7
  • J. Silk, Challenges in cosmology from the big bang to dark energy, dark matter and galaxy formation, Prok. 14th Int. Symp. on Nuclei in the Cosmos (NIC2016), JPS Conf. Prok. 14:010101, 2017 DOI: https://doi.org/10.7566/JPSCP.14.010101

Additional Reading

  • J. Allday, Quarks, Leptons and the Big Bang, 3rd ed. CRC Press, 2017
  • J. M. Pasachoff and A. Filippenko, The Cosmos: Astronomy in the New Millennium, 5th ed. Cambridge University Press, 2019
  • E. van den Heuvel, The Amazing Unity of the Universe: And Its Origin in the Big Bang, 2nd ed. Springer, 2016
  • ESA: Planck
  • NASA: Wilkinson Microwave Anisotropy Probe

To learn more about subscribing to AccessScience, or to request a no-risk trial of this award-winning scientific reference for your institution, fill in your information and a member of our Sales Team will contact you as soon as possible.

Let your librarian know about the award-winning gateway to the most trustworthy and accurate scientific information.


The Big Bang and Its Influence on Further Universe Development

The Big Bang was a great explosion generated billions of years ago. For what we know until now, with the Big Bang came along space and time, that didn’t exist before this phenomenon. To be more specific, the Big Bang happened 1.4 x 10^ 10 years ago. This apparently random explosion gave birth to our universe and galaxy. At the time, Earth wasn’t created yet and the galaxy was filled with asteroids and giant rocky planets. The second when the universe was born the temperature was crazily hot, around 5.5 billion degrees Celsius. After less than one second it had a small diameter of the earth-to-sun distance, which is 149.600.000 km. In the next second, it got bigger than 1 light-year, which is approximately 9.46 trillion kilometers. From here the size of the universe escalated very quickly to then get to a point where its growth was slowed down. Nowadays, 13.8 billion years later, the universe is still expanding at an approximate speed of 72 kilometers per second. Let’s try to get a clear idea of how fast the universe expanded at the beginning of his era and what molecules and particles were created.

10^-43 seconds after the big bang the grand unification epoch started. It was based on the four fundamental forces: strong nuclear force, electromagnetic force, weak nuclear force, and gravity. In this era, the fourth fundamental force, gravity, was separated from the other three, which remained united. The first particles and antiparticles were also being created. At 10^-34 – 10^10 seconds, there were the electroweak and quark epochs. These two consisted in the division of the strong nuclear force from the other two and the creation of multiple exotic particles in the first era and the creation of many quarks, electrons, and neutrons together with the division of all the fundamental forces, that assumed their present forms, in the second one.

Essay due? We'll write it for you!

In the quark epoch, the temperature in the universe started to decrease, going below 10 quadrillion degrees. Quarks and antiquarks destroyed each other upon contact, but some quark particles managed to survive and, in a process called baryogenesis, they created matter. 10^-10 seconds after the big bang the temperature decreased to one trillion degrees allowing quarks to fuse and create hardons. Electrons together with protons collided together to create neutrons. So, exactly one second after the big bang, protons and neutrons were already formed. Three minutes later the temperature had fallen down to one billion degrees letting out the atomic nuclei of hydrogen, helium, and lithium. After that, the development of the universe continued relatively slowly.

300 000 years later, after the period of formation of the first atoms, the dark age arrived. Without any stars to light the universe, everything immersed in darkness, giving birth to the era called in the same way. Meanwhile, radiation filled the universe with the so-called “Cosmic Microwave Background”. In that period the temperature kept falling getting below 475 degrees celsius. One million years after the beginning of everything atoms have been completely formed, stars and galaxies exist and the universe has finally become transparent to light. But it is still completely dark, as stars have not formed completely yet. One billion years after the big bang we could find the first stars already formed, due to the collapse of cosmic gas that created a nuclear fusion between hydrogen atoms. But they were still different from now. In fact, one of those was around one hundred times the mass of the sun. They were the so-called “Population III” also known as “metal-free” stars. That primitive universe is our present universe, filled with stars and galaxies, around 14 billion years after everything started.

Together with the physical development, the universe kept growing in size, especially in the first moments of its life. In fact, the smallest recordable size of the universe was 10^-35 seconds after the big bang, with a size of 17 centimeters. Approximately that of a football ball. But right after 10^-30 seconds of creation of the universe, it was already 168 meters big, approximately the length of the skyscraper Intesa Sanpaolo in Turin, Italy. In a few seconds, our universe had already passed the 150 000 000 kilometers mark, making it bigger than the distance between the earth and the sun. One second after it was already extending for more than one light-year (around ten trillion kilometers ). After that, the growth started to slow down. Right after the universe’s first year of age, it reached the size of the Milky Way, around 105 700 light-years. It continued expanding and it is still now in expansion with a current diameter of 93 billion light-years, filled with around 1000 billion galaxies and several quadrillions of several quintillions times bigger than it was one year from its creation.

In conclusion, in less than 14 billion years, our universe developed protons, electrons, and neutrons. Then atoms and matter, stars and galaxies appeared. And finally, planets, including ours, came to being. But, while all of this was happening, it went from around the size of our head, passing through different lengths, to the size of quadrillions of quintillions of our Milky ways, even though it “only” has 1000 billion galaxies and plenty of free space. In fact, more galaxies are expected to be created as it expands at a speed of 72 kilometers per second.

This essay has been submitted by a student. This is not an example of the work written by our professional essay writers. You can order our professional work here.


Kyk die video: Sound of the Big Bang (November 2022).