O scurtă istorie a Universului: firul roșu al cercetării mele în termeni non-tehnici

Sursă Originală: http://www.public.asu.edu/~rjansen/research_nontech.html

Rolf A. Jansen (ASU)

M ycercetareconcentrează asupra moduluiazi Universulajuns să fie așa cum o vedem astăzi. Aceasta este o întrebare mare . Pentru ao combate, trebuie să combinăm observațiile Universului la distanțe foarte mari, unde, datorită vitezei finite a luminii, privim înapoi în timp. Miliarde de ani înapoi în timp, de fapt. Cel puțin la fel de important, trebuie să privim Universul mult mai aproape de casă, unde putem discerne procesele cu suficientă detaliere încât să sperăm să înțelegem fizica implicată. Doar astfel putem spera să interpretăm corect observațiile în Universul îndepărtat, trecut, Univers.

Toate problemele au început cu un bang mare. Pe măsură ce ne deranjăm rareori cu alte universuri, o numim Big Bang . Universul a început să fie mic, incredibil de fierbinte și dens, dar sa răcit rapid în timp ce se extindea și curând răcit până la punctul în care electronii și nucleii puteau fi uniți în atomi. Doar câteva sute de milioane de ani mai târziu, primele galaxii mici au aprins, au fost scufundate într-un Univers care se extindea mereu, cu un gaz neutru subțire și cu zgomotul Big Bang-ului.

Galaxiile par a fi blocuri de construcție universale în care sunt vizibile agregate de materie normală . Substanța normală poate reprezenta o simplă urmă a conținutului total de materie-energie a Universului, dar din moment ce eu sunt din ce am făcut, am tendința de a fi foarte îndrăgit de el. Primele galaxii mici s-au format probabil în jurul semințelor de întunericmateria, invizibilă și interacționând cu materia normală numai prin tragerea gravitațională. Materia normală care a agregat prima dată în jurul acestor semințe a format găuri negre masive. Multe galaxii s-au găsit angajate într-un remorcher gravitațional de război cu cei mai apropiați vecini. Galaxiile mai mari au canibalizat colegii lor mai mici și au crescut și mai mult prin ciocniri și fuziuni. Găurile lor negre centrale au fuzionat în găuri negre și mai masive, care continuă să crească și prin hrănirea cu materiale inflamabile. Toate galaxiile mari de astăzi sunt considerate a conține astfel de găuri negre masive în centrul lor. Galaxiile supraviețuitoare au format grupuri legate și mai târziu grupuri de galaxii, structuri vaste care conțin suficientă masă pentru a rezista dizolvării datorită expansiunii generale a Universului.

Stele formate în galaxii, în cazul în care materia normală s-a condensat în norii de gaz de răcire. Prima generație de stele nu seamănă în nici un fel cu stele cum ar fi Soarele nostru. Acestea au constat doar din hidrogen primar și heliu. Fiecare generație de stele a sintetizat elemente mai grele în cuptorul nuclear al miezurilor lor sau în moartea lor explozivă. Reziduurile rezultate, acum contaminate cu urme de elemente chimice care alcătuiesc planete și oameni, au fost încorporate în generațiile următoare de stele. Nebuloasa gazoasă protostelară de la care soarele și sistemul nostru solar au condensat, conțineau produse de la cel puțin câteva astfel de generații.

Dar stelele nu se formează în izolarea matematică estetică. De fapt, formarea stelelor este un proces foarte complex și dezordonat. Radiațiile și vânturile și energia mecanică eliberată în moartea violentă a unor stele masive, de scurtă durată, afectează mediul lor galactic și chiar extragalactic. Particulele de praf se formează din contaminanții chimici din resturile gazoase și pot absorbi și re-radia o parte din radiații. Sărbătoarea găurilor negre ( quasare sau QSO ) bate raze energetice de radiație prin împrejurimile lor și departe de limitele galaxiei lor gazdă. De-a lungul timpului, radiațiile care au apărut din galaxii și au fost suficient de energice pentru a bate singurul electron din atomul de hidrogen sau pentru a împrăștia atât electronii de pe heliu,gazul tot mai subțire dintre galaxii. ( Re ionizați, deoarece universul a fost de asemenea ionizat în timpul scurt înainte de a exista atomi). Până când universul a sărbătorit prima sa zi de miliarde de ani, tot gazul de hidrogen dintre galaxii a fost ionizat și, pe măsură ce quasarii au fost alimentați, heliul a urmat curând.

Procesul de formare a stelelor în diferitele sale aspecte pare să fie o forță motrice în modelarea galaxiilor pe care le vedem astăzi. Niciun program de calculator nu a reușit încă să creeze o stea virtuală din condiții inițiale realiste. Prin urmare, am urmărit o abordare observațională a înțelegerii mai multor variabile-cheie și intenționez să continuăm să urmărim această abordare cu instrumente viitoare bazate pe sol, sub-orbital și spațial, pentru a furniza observații observaționale cheie pentru modelele teoretice și confruntarea cu predicțiile lor. Deși, poate, aparent fără legătură, toate subiectele pe care le-am publicat (vezi bibliografia mea ) suportă într-un fel sau altul procesul de formare a stelelor și calea complexă de la Big Bang la Oameni.