Откуда мы знаем, что Вселенная расширяется?

Телескоп прислал изображение скопления «NGC 6440». Это скопление находится от нас на расстоянии более 28 тысяч световых лет в направлении созвездия Стрельца

Расширение Вселенной — одно из наиболее удивительных открытий в астрофизике. Вот более подробное объяснение этого явления, начиная с наблюдений Эдвина Хаббла и заканчивая современными представлениями об ускоряющемся расширении.

Как было обнаружено расширение Вселенной?

1. Эффект Доплера и красное смещение:
   • Эффект Доплера — это явление, при котором длина волны света или звука изменяется в зависимости от движения источника относительно наблюдателя.
   • Когда объект приближается, длина волны сокращается (свет сдвигается в синюю часть спектра), а при удалении — растягивается (сдвигается в красную часть спектра).
   • В начале XX века астрономы заметили, что свет от далеких галактик демонстрирует красное смещение, что указывает на их удаление от нас.
2. Работа Эдвина Хаббла (1929):
   • Хаббл обнаружил, что скорость удаления галактик прямо пропорциональна их расстоянию от Земли. Этот принцип стал известен как закон Хаббла.
   • График, построенный Хабблом, показал линейную зависимость между расстоянием до галактики и ее скоростью, измеренной по красному смещению. Этот результат стал первым прямым доказательством того, что Вселенная расширяется.

Почему расширяется Вселенная?

1. Большой взрыв:
   • Расширение Вселенной началось около 13,8 миллиарда лет назад с события, известного как Большой взрыв. Это была точка, в которой вся материя и энергия были сосредоточены в сверхплотном состоянии.
   • С момента Большого взрыва пространство начало расширяться, “растягивая” расстояния между галактиками.
2. Космологический принцип:
   • Расширение Вселенной происходит равномерно везде. Это означает, что любая точка в пространстве может рассматриваться как “центр расширения”.
   • Это не означает, что галактики сами движутся через пространство, а что само пространство между ними растягивается.

Почему расширение ускоряется?

1. Темная энергия:
   • В 1998 году астрономы, изучающие сверхновые типа Ia (мощные взрывы звезд, которые используются как “стандартные свечи” для измерения расстояний), обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется.
   • Это открытие привело к гипотезе о существовании темной энергии, загадочной формы энергии, которая составляет около 68% энергии Вселенной и оказывает “отталкивающее” действие, преодолевая гравитацию.
2. Космическая структура — «нити»:
   • Расширение формирует масштабные структуры Вселенной, известные как космическая паутина:
     • Материя распределена в виде нитей и узлов, между которыми лежат огромные пустоты.
     • Галактики, скопления и сверхскопления находятся вдоль этих нитей, формируя сложные структуры, протянувшиеся на миллионы световых лет.

Как это подтверждается?

1. Космическое микроволновое излучение (CMB):
   • Остаточное излучение от Большого взрыва, известное как реликтовое излучение, показывает характерное распределение температуры, которое согласуется с моделью расширяющейся Вселенной.
2. Наблюдения галактик и кластеров:
   • Исследования крупномасштабной структуры Вселенной подтверждают, что галактики удаляются друг от друга.
3. Эффект гравитационного линзирования:
   • Искривление света под действием гравитации массивных объектов подтверждает наличие темной энергии, влияющей на расширение пространства.

Какие загадки остаются?

• Природа темной энергии остается одной из самых больших тайн современной физики.
• Неизвестно, как долго продлится ускоряющееся расширение: будет ли Вселенная продолжать расширяться вечно или достигнет новой стадии.
• Ученые также продолжают изучать взаимодействие между материей, темной материей и темной энергией, чтобы понять их вклад в эволюцию Вселенной.

Таким образом, благодаря открытиям в области красного смещения, изучению космического микроволнового фона и исследованию темной энергии, мы знаем, что наша Вселенная не только расширяется, но делает это всё быстрее. Это фундаментально изменило наше понимание космоса и поставило новые вопросы для будущих поколений ученых.