Ученые рассказали, существовал ли свет в самом начале Вселенной: все не так просто

Сейчас мы можем видеть, как свет звезд пронизывает всю Вселенную. Но светил ли свет в начале Вселенной до того, как родились звезды? Короткий ответ — нет. Но длинный ответ раскрывает необычайное путешествие света. Сначала свет ранней Вселенной находился в ловушке и потребовалось несколько сотен тысяч лет, чтобы он мог вырваться. Затем потребовалось около 100 миллионов лет, чтобы образовались первые звезды, которые заполнили своим светом Вселенную, пишет Live Science.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Как появились фотоны, частицы света?

Сейчас астрономы знают, что Вселенная примерно 13,8 млрд лет назад была сконцентрирована в одной бесконечно плотной точке, а затем произошел Большой взрыв, который привел к появлению пространства-времени. Пространство сразу же начало расширяться во все стороны и таким образом появилась Вселенная, которую мы знаем, говорит астрофизик Эндрю Лейден из Университета штата Огайо в Боулинг-Грин.

Вся материя, из которой сейчас состоит Вселенная, могла поместиться в крошечной точке, только потому, что она была в то время энергией. Знаменитое уравнение Эйнштейна E=mc2 показало, что энергия и масса могут быть взаимозаменяемыми, объяснил Лейден.

По мере расширения Вселенной плотность ее энергии уменьшалась, и она охлаждалась. Затем в течение первой секунды после Большого взрыва начали формироваться первые частицы. К ним относятся фотоны, из которых состоит свет, а также протоны, нейтроны и электроны, из которых состоят атомы. Примерно через три минуты после Большого взрыва протоны и нейтроны начали сливаться вместе, создавая ядра атомов водорода и гелия.

Свет находился в ловушке сотни тысяч лет

Хотя фотоны существовали с первой секунды после Большого взрыва, они еще не могли светить по всей Вселенной. Дело в том, что ранний космос был настолько горячим, что электроны двигались слишком быстро, чтобы ядра атомов могли удерживать их на орбите вокруг себя.

По словам Лейдена, когда свет пытался двигаться по прямой в то время, он всегда сталкивался с свободными электронами, поэтому он не мог улететь слишком далеко. По сути свет находился в ловушке.

Похожая ситуация наблюдается внутри Солнца, говорит космолог Шринивасан Рагхунатхан из Университета штата Иллинойс в Урбан-Шампейн. Центр Солнца чрезвычайно горячий, поэтому там много свободных электронов. Это означает, что свет не может двигаться по прямой.

Расстояние от центра Солнца до поверхности звезды составляет примерно 696 000 километров. Скорость света в вакууме составляет примерно 300 000 км/с), но на Солнце свету требуется около 1–2 миллионов лет, чтобы вырваться из центра звезды на ее поверхность.

Но примерно через 380 000 лет после Большого взрыва расширение Вселенной позволило космосу достаточно остыть, чтобы ядра атомов могли удерживать электроны на орбите вокруг себя. Это произошло при температуре примерно 2725 градусов Цельсия. Таким образом Вселенная стала более прозрачной и свет смог свободно перемещаться. То есть фотоны вырвались из своей ловушки.

Свет Большого взрыва

В ту раннюю эпоху космоса свет существовал в диапазоне длин волн от ближнего инфракрасного до видимого света, говорит Лейден. Но, поскольку космос расширялся в течение более 13 миллиардов лет и охлаждался до средней температуры минус 270 градусов Цельсия, первый свет Вселенной растянулся до более длинных микроволновых длин волн. Сейчас этот свет, обнаруженный в 1964 году, известен, как реликтовое излучение и является остаточным светом Большого взрыва.

Анализ реликтового излучения позволил обнаружить, что гравитационное притяжение галактик может искажать свет. Это явление известно, как гравитационное линзирование. Изучение степени искажения, которое испытало реликтовое излучение в разных частях космоса, может помочь ученым реконструировать крупномасштабную структуру Вселенной, говорит Рагхунатхан.

После того, как был выпущен свет от Большого взрыва, Вселенная пережила период, известный как космические темные века. В конце концов, через 100 миллионов лет, гравитационное притяжение облаков газа заставило эти сгустки материи сжаться в самих себя. Таким образом были созданы первые звезды, которые стали частью первых галактик. Они заполнили своим светом Вселенную и начался космический рассвет, говорит Лейден.

Как уже писал Фокус, Вселенная не такая как мы думаем. Исследование предполагает, что черные дыры — это место рождения новых Вселенных, с помощью которых можно заглянуть в другой мир с совершенно иной физикой. Также ученые считают, что Вселенная на самом деле вращается, что дает возможность раскрыть тайну темной энергии, которая отвечает за ускоренное расширение космоса.