К осознанию неизбежности: Холод и затишье во Вселенной

Тelescope, работающий над созданием самой большой карты Вселенной в истории, подтвердил жестокую, хоть и не удивительную правду: ничто не вечно — ни холодный ноябрьский дождь, ни сама космос.

Используя обширный каталог наблюдений от космических телескопов Европейского космического агентства (ESA), таких как Euclid и Herschel, команда из 175 исследователей собрала наиболее полное измерение температур во Вселенной за всю историю наблюдений. Изучая тепло, испускаемое звездной пылью в более чем 2 миллионах галактик, ученые обнаружили, что галактики стали немного холоднее, а темпы формирования звезд замедлились за последние 10 миллиардов лет космической истории.

Как сообщают исследователи, эти небольшие, но явные тенденции вниз намекают на то, что пиковые времена роста Вселенной уже в прошлом. Хотя срок «годности» космоса по-прежнему остается непостижимо далеким (между 33 миллиардами и 1 квинвигинтиллионом лет), новые данные предполагают, что с точки зрения темпов формирования звезд, все идет под откос.

«Вселенная просто будет становиться холоднее и мертвой с каждым годом,» — заявил Дуглас Скотт, сопредседатель исследования и космолог из Университета Британской Колумбии. «Количество пыли в галактиках и их температура пыли уменьшаются на протяжении миллиардов лет, что свидетельствует о том, что мы уже прошли период максимального формирования звезд.»

Исследование было представлено в журнале Astronomy and Astrophysics и в настоящее время доступно как неопубликованный предварительный отчет.

3D карта Вселенной

В марте активированный телескоп ESA Euclid поделился своим первым крупным релизом данных, включающим наблюдения 26 миллионов галактик, простирающихся более чем на 10,5 миллиардов световых лет. Это была только первая фаза миссии телескопа по созданию самой крупной в мире 3D карты Вселенной с конечной целью осуществить картографирование примерно 1,5 миллиарда галактик, покрывающих треть ночного неба.

Для нового исследования команда изучила 2,6 миллиона галактик, занесенных в первый релиз данных Euclid, и объединила их с архивными наблюдениями из космической обсерватории Herschel ESA, которая работала с 2009 по 2013 годы. Хотя инструменты Euclid настроены на регистрацию видимого и ближнего инфракрасного света, инструменты Herschel детектировали дальний инфракрасный свет. Таким образом, объединение этих наборов данных позволило команде изучить тепло, испускаемое звездной пылью, в широком диапазоне длин волн, предлагая наиболее полные измерения температур галактик на сегодняшний день.

«Объединив данные и имея столь огромную выборку галактик… мы можем получить самые статистически надежные расчеты на сегодняшний день,» — отметил ведущий автор исследования Райлли Хилл, постдокторант из UBC.

Команда установила, что средняя температура галактик немного остыла за последние 10 миллиардов лет, снизившись всего на 10 кельвинов. Несмотря на то, что такие звезды, как Солнце, сияют при температуре более миллиона кельвинов, галактики в основном состоят из пустого пространства, что приводит к гораздо более низким средним температурами. Средняя температура первых галактик, наблюдаемых в новом исследовании, составила около 35 К (минус 396 °F, или минус 238 °C).

Это небольшое изменение, но тепло звездной пыли непосредственно связано с формированием звезд. Галактики с высокой температурой имеют большее количество горячих, массивных звезд, что приводит к более высокому уровню их формирования. Напротив, галактики с меньшими масштабами формирования звезд, как правило, охлаждаются. Исследование команды еще раз подтверждает эту корреляцию и доказывает, что процессы формирования звезд постепенно затухают по всей Вселенной.

Пыль в пыль

Хотя с пылью на Земле часто связано много хлопот, она играет ключевую роль в жизненном цикле звезд. Звезды формируются, когда облака газа и пыли становятся настолько плотными, что коллапсируют под действием собственного гравитационного поля, в процессе нагреваясь и вращаясь. Если один из этих коллапсировавших комков становится достаточно горячим и плотным, в его ядре запускается ядерный синтез, что приводит к образованию звезды. В конечном итоге, когда звезда исчерпает свои запасы ядерного топлива через миллиарды лет, она взорвется в сверхновой, выбрасывая еще больше пыли в своё окружение и позволяя следующему поколению звезд расти.

Галактики могут исчерпать свои запасы материалов для формирования звезд различными способами: они могут остаться без газового запаса во время слияний галактик или быть насильственно выброшенными в космос потоком от сверхмассивных черных дыр. В конце концов, галактика без достаточного количества материала для формирования звезд становится «угасшей» — лишенной топлива и обреченной на потухание.

Новые результаты предполагают, что наша Вселенная находится на пути к полному угасанию, но, опять же, не так быстро, как кажется. Солнце на Земле исчерпает своё топливо и взорвется задолго до того, как Млечный Путь иссякнет, а более массивные объекты, такие как черные дыры, будут существовать в течение многих эпох и после этого. Тем временем, новое исследование предлагает наиболее точное исследование некоторых ключевых условий галактик по всей Вселенной — измерения, которые будут иметь решающее значение в стремлении Euclid построить окончательную карту нашего космоса.