Dlaczego tak mało widzimy gwiazdy na niebie?

Dlaczego single „Niechaj się stanie światłość!” Wszechświat nie wystarczy? „Spójrz na piękno życia. Spójrz na gwiazdy i oto sami biegną z nimi „- powiedział Marek Aureliusz. Wyobraźmy sobie, nocnego nieba. Z dala od miast, na bezksiężycową noc w najciemniejszych miejscach, gdzie kiedykolwiek odwiedziłem. Może poszedł na trawie i spojrzał w niebo. Powietrze jest chłodne, niebo jest jasne, niebo bez chmur, a ty patrząc w górę.

Co widzisz?

Jest to planeta, jasne i słabe gwiazdy, a nawet Drogi Mlecznej, które można zobaczyć w swoim widzeniu peryferyjnym, jeśli spojrzeć trochę z boku. Ale najciekawsze jest obecność tych kilku słabe światła na nocnym niebie, ale raczej fakt, że prawie każdy punkt, do którego odnoszą się sama niebo jest ciemne.

Jeśli myślisz o tym na chwilę, a następnie będzie się wydawać dziwne. Jeśli wszechświat jest naprawdę pełne gwiazd - punkty światła we wszystkich kierunkach - byś w pełni spodziewać, że gdziekolwiek spojrzeć, w końcu, linia wzroku spadnie na gwiazdy.

I raz tak się stanie, nie będzie już zobaczyć „ciemność” na niebie. Każdy punkt będzie wypełniona światłem, bez względu na to jak daleko gwiazda, galaktyka lub dowolny inny punkt światła.

Jest to jeden z wielkich paradoksów 19. wieku: fotometryczne paradoks lub paradoks Olbers, która wykazała, że ​​idea nieskończonego wszechświata wypełniona nieskończoną liczbę gwiazd, jest niezgodna z ciemnego nocnego nieba, wszyscy możemy oglądać.

Oczywiście, rozwiązanie tego paradoksu polega na tym, że kiedy patrzymy na dalekim wszechświecie, patrzymy wstecz w czasie, gdy istniał wszechświat w gorącym, gęstym i bardziej jednolite państwo, że był czas, kiedy nie było żadnych gwiazd. Jeśli spojrzeć poza pewien punkt, nigdy nie widzieliśmy ani jednej gwiazdy.

Po Big Bang wszechświat był gorący, gęsty i jednolity, a także rozszerzony i ochładza. Przez czas Zapukała 380.000 lat, ostygł na tyle, aby utworzyć neutralne atomy po raz pierwszy. Ale są dwie przeszkody, które pozwalają nam zobaczyć coś:

1. Chociaż nie ma nic, co emituje światło, nic patrzeć.

2. Wszechświat musi być przejrzyste.

Chociaż te dwie kwestie - powstawanie pierwszych gwiazd i przejrzystości wszechświecie - często połączonych jako „ciemnych wieków”, są to dwa odrębne problemy, które należy rozwiązać.

Po pierwsze, nie masz nic do obejrzenia, aż budować pierwsze gwiazdy. W tych dniach, gdy wszechświat rozpoczął się niemal doskonały jednolity kształt, mający drobne niedoskonałości, niektóre obszary zaczęły się więcej materii niż inne. Z biegiem czasu, grawitacja ciągnie ze sobą te bardzo gęste regiony coraz więcej materiału, a więc pielęgnowanie w nich grudki materii.

Zajęło dziesiątki milionów lat, ale kiedy tyle czasu minęło, te grudki wzrosła na tyle duża, że ​​grawitacja doprowadziła do ich upadku. I gdy te skrzepy jądro węgla i cząsteczki stają się wystarczająco gruba, proces zgrzewania rozpoczął - spalania wodoru paliwa do helu.

Są miejsca fuzja stali rdzeni pierwsze gwiazdy we wszechświecie jest gorące i jasne, a emitujący pierwsze światło widzialne we wszechświecie od pierwszych etapów gorącym Wielkim Wybuchu. Nastąpiło to po 50 milionów lat od początku historii wszechświata, i to dość krótki czas dla pierwszych gwiazd.

Problemem jest to, że nie widzimy żadnej z tych gwiazd.

Wiemy, że gwiazdy emitują światło, ale w taki sam sposób promieniować gwiazdkowych „ciemna mgławica» Barnarda 68. Ta mgławica jest ciemna, ponieważ atomy i cząsteczki w mgławicy fizycznie wchłonąć widoczny - i dlatego są nieprzezroczyste.

Chociaż pojedyncze atomy mają tylko pewne przejścia atomowe, które absorbują światło, gdy są one połączone razem z różnego rodzaju skomplikowanych konfiguracjach, mogą one blokować całe spektrum światła widzialnego. Ten typ nieprzejrzystości powstał gdy pierwsze gwiazdy: wszechświat może być, i przyniosła światło, ale nie znalazł drogę do naszych oczu.

Co mamy z nim zrobić?

Konieczne jest jonizują atomy? Lub, bardziej precyzyjnie, reionizirovat jak oni niegdyś zjonizowany: zanim jeszcze stał neutralne.

Jednak proces ten zajmuje dużo czasu i zaangażowania miliardów gwiazd, które tworzą, emitujących promieniowanie ultrafioletowe i jonizujące spadek o ponad 99% neutralnych atomów we wszechświecie. Jest to proces stopniowy, ale będzie to wymagało ukończenia 550 milionów lat.

Aż do niedawna myśleliśmy, że era rejonizacji - tę ostatnią fazę wszechświata, co sprawia, że ​​przezroczysta dla światła widzialnego - wystąpiło 450 milionów lat po Wielkim Wybuchu, ale dodatkowy czynnik w postaci 100 milionów lat została ustalona przez ostatnich obserwacji Plancka satelity.

To, z kolei, nie oznacza, że ​​najstarsze gwiazdy wszechświata powstały 100 milionów lat później, niż wcześniej sądzono. Oznacza to, że uformowały się pierwsze gwiazdy dużo, dużo szybciej niż możemy zobaczyć, i utworzyli gwiazdek nie wystarczy - i żyli wystarczająco długo - do reionizirovat wszechświat i sprawiają, że przezroczyste dla światła. We wszechświecie nie było po prostu nie wystarczy powiedzieć: „Niech się stanie światłość!”, Aby zobaczyć pierwsze gwiazdy: światło powinno być w stanie przejść swobodnie w przestrzeni.

Nie ma sposobu, aby zobaczyć je w widmie widzialnym, niezależnie od tego, jak dobre Hubble Space Telescope, niezależnie od tego, jak długo patrzy na tych częściach nieba, on nigdy nie zobaczyć pierwsze gwiazdy, ponieważ wszechświat jest nadal nieprzezroczysta dla promieniowania widzialnego ,

Ale jest nadzieja, a Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba ma potencjał, aby przełożyć tę nadzieję w rzeczywistość.

Jeśli oglądasz światło fal długich, zakurzony struktura atomów i cząsteczek może być dość przejrzyste dla tych długościach fal. Chociaż nigdy Hubble'a można zobaczyć gwiazdy, James Webb będzie zajrzeć w podczerwieni (a raczej długie) fal i być w stanie śledzić ich drogę do czasów, gdy Wszechświat był przezroczysty dla światła widzialnego.

Innymi słowy, za kilka lat będziemy w stanie naprawdę badać pierwsze gwiazdy Wszechświata. Być może są one niewidoczne dla nas, ale to jest to wina naszych oczach, a nie światło.