Вже майже століття астрономи знають, що Всесвіт перебуває в стані розширення. Починаючи з 1990-х років, вони зрозуміли, що від часу в чотири мільярди років тому темпи розширення прискорюються. В міру того, як це прискорення зростає, а скупчення галактик і волокна з речовини та матерії у Всесвіті віддаляються одні від одних, науковці вважали, що середня температура Всесвіту поступово буде знижуватися.
Але нове дослідження, виконане в Центрі космології та фізики астрочастинок (Center for Cosmology and AstroParticle Physics, CCAPP) при Університеті штату Огайо, з’ясувало: Всесвіт насправді стає жаркішим із часом. Проаналізувавши історію температури Всесвіту за останні 10 мільярдів років, дослідники дійшли висновку, що середня температура газу в космосі зросла у понад 10 разів і нині становить близько 2,2 мільйона за шкалою Кельвіна.
Результати дослідження нещодавно оприлюднив The Astrophysical Journal. Дослідженням керував Ю-Куан Чіанґ (Yi-Kuan Chiang), науковий співробітник CCAP, і в ньому брали участь науковці з Інституту фізики та математики Всесвіту Кавлі (Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, Kavli IPMU), Університету Джона Гопкінса та Інституту астрофізики Макса Планка.
Задля свого дослідження наукова група вивчила теплові параметри великомасштабної структуру (Large-Scale Structure, LSS) Всесвіту. Це стосується розподілу галактик і речовини в найбільшому з космічних масштабів, що є результатом гравітаційного колапсу темної матерії і газу. Доктор Чіанґ пояснив: «Наше нове вимірювання дає пряме підтвердження основоположної роботи Джима Піблса — Нобелівського лауреата 2019 року з фізики — який розробив теорію того, як формується великомасштабна структура у Всесвіті. В міру еволюції Всесвіту гравітація збирає темну матерію та газ в галактики та їхні скупчення. Процес накопичення матерії є активним — таким активним, що все більше й більше газу збирається докупи і нагрівається».
Для вимірювання зміни тепла за останні 10 мільярдів років Чіанґ та його колеги об’єднали дані, отримані за допомогою космічного зонда «Планк» Європейського космічного агентства (Planck Infrared Astronomical Satellite) та Слоанівського цифрового огляду неба (Sloan Digital Sky Survey, SDSS). Тоді як «Планк» був першою європейською місією, яка вимірювала температуру космічного мікрохвильового фону (Cosmic Microwave Background, CMB), SDSS — це широкомасштабне мультиспектральне дослідження, яке дало змогу створити найдокладніші 3D-мапи Всесвіту.
Розподіл космічного мікрохвильового фону по всьому небу на різних довжинах хвиль електромагнітного спектра. Дані отримані місією «Планк» європейського космічного агентства. Фото з сайту www.universetoday.com.
За цими даними науковці співвіднесли вісім мап розподілу інтенсивності випромінювання («Планк») з двома мільйонами значень червоного зміщення в спектрах від SDSS. Поєднавши червоні зміщення (які зазвичай використовують для визначення швидкості віддалення об’єктів від спостерігача) та оцінки температури на основі світла, наукова група порівняла температуру більш віддалених газових хмар (далі в часі) з такими, що ближче до Землі.
У такий спосіб дослідницька група змогла підтвердити, що середня температура газів у ранньому Всесвіті (приблизно 4 млрд після Великого Вибуху) була нижчою, ніж зараз. Очевидно, це пов’язано з гравітаційним колапсом великих космічних структур з плином часу. Ця тенденція триватиме й посилюватиметься, коли розширення Всесвіту і далі буде прискорюватися.
Комп’ютерне моделювання еволюції масштабної структури (знизу) та температури (вгорі) Всесвіту. Шкала час направлена зліва на право, причому крайнє праве зображення відображає сучасну епоху. Фото з сайту https://www.ipmu.jp/en/20201110-CosmicThermal_History.
У минулому багато астрономів стверджували, що космос буде охолоджуватися, коли він розширюватиметься, і це неминуче призведе до «Великого охолодження» (чи «Великого замерзання»). На противагу цьому Чіанґ та його соратники показали, що науковці можуть спостерігати за еволюцією формування космічної структури, «перевіряючи температуру» Всесвіту.
Розділ 3D-карти, побудований за даними Спектроскопічного огляду баріонних осциляцій (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, BOSS). Крайній лівий прямокутник показує ділянку неба в 1000 квадратних градусів, що містить майже 120 000 галактик, або приблизно 10% від загального огляду. Фото з сайту www.universetoday.com.
Ці висновки також можуть мати наслідки для теорій, які сприймають «космічне охолодження» як наперед визначений розвиток подій. З одного боку, висловлюється припущення, що можливим поясненням Парадоксу Фермі (Fermi Paradox) є те, що позаземний розум (extraterrestrial intelligences, ЕТІs) перебуває в сплячому стані й чекає кращих умов у Всесвіті (гіпотеза аестивації, the Aestivation Hypothesis).
Суть аргументу, частково заснованого на термодинаміці обчислень (принцип Ландауера), в тому, що в міру охолодження Всесвіту просунуті види зможуть отримати набагато більше від своїх мегаструктур. Крім того, якщо температура в космосі буде зростати, чи означає це, що поява життя з часом стане менш вірогідною через посилене космічне випромінювання?
Якщо припустити, що не існує механізму підтримки певної теплової рівноваги, чи означає це, що Всесвіт закінчить своє існування не «Великим охолодженням», а як «Великий вогонь»? Як правильно писав американський поет Роберт Фрост (Robert Frost), «Дехто каже, що світ закінчиться вогнем, інші — льодом». Що буде насправді, і які наслідки це може мати для життя в майбутньому, покаже лише час ...
За інф. з сайту www.universetoday.com підготував Іван Крячко
