Почему космос такой темный, хотя во Вселенной много звезд?

По оценкам астрономов, в наблюдаемой Вселенной насчитывается около 200 миллиардов триллионов звезд. И многие из них светят так же или даже ярче, чем наше Солнце. Так почему же космос не наполнен ослепительным светом?

Я — Брайан Джексон, астроном, изучающий звезды и планеты, в том числе находящиеся за пределами нашей Солнечной системы, и их движение в космосе. Изучение далеких звезд и планет помогает таким астрономам, как я, понять, почему космос такой темный.

Можно предположить, что это связано с тем, что многие звезды во Вселенной находятся очень далеко от Земли. Конечно, чем дальше звезда, тем менее яркой она выглядит — звезда, удаленная в 10 раз дальше, выглядит в 100 раз тусклее. Но, как оказалось, это еще не весь ответ.

Представьте себе пузырь

Представьте на минуту, что Вселенная настолько стара, что свет даже самых далеких звезд успевает достичь Земли. В этом воображаемом сценарии все звезды во Вселенной вообще не движутся.

Представьте себе большой пузырь с Землей в центре. Если бы пузырь был около 10 световых лет в поперечнике, то в нем находилось бы около десятка звезд. Конечно, на расстоянии нескольких световых лет многие из этих звезд будут выглядеть с Земли довольно тускло, новости.

Если продолжать увеличивать пузырь до 1000 световых лет, затем до 1 млн. световых лет, а потом до 1 млрд. световых лет, то самые далекие звезды в пузыре будут выглядеть еще более тусклыми.

Но внутри все большего и большего пузыря будет появляться все больше и больше звезд, и все они будут давать свет. Даже если самые далекие звезды выглядят все тусклее и тусклее, их будет гораздо больше, и все ночное небо должно выглядеть очень ярким.

Кажется, что я вернулся к тому, с чего начал, но на самом деле я немного приблизился к ответу.

Возраст имеет значение

На иллюстрации с воображаемым пузырем я попросил вас представить, что звезды не движутся и что Вселенная очень стара. Но возраст Вселенной составляет всего около 13 миллиардов лет.

Несмотря на то, что с человеческой точки зрения это удивительно большой срок, с астрономической точки зрения он короток. Он достаточно короткий, чтобы свет звезд, находящихся на расстоянии более 13 млрд. световых лет, еще не достиг Земли. Поэтому реальный пузырь вокруг Земли, в котором находятся все видимые нами звезды, простирается лишь на расстояние около 13 млрд. световых лет от Земли.

В пузыре просто не хватает звезд, чтобы заполнить все линии видимости. Конечно, если смотреть в некоторых направлениях на небо, то можно увидеть звезды. Если смотреть на другие участки неба, то звезд не видно.

А все потому, что в этих темных местах звезды, которые могут закрывать вам обзор, находятся так далеко, что их свет еще не достиг Земли. С течением времени свет все более и более далеких звезд будет успевать доходить до нас.

Доплеровский сдвиг

Вы можете спросить, будет ли ночное небо в конце концов полностью светлым. Но это возвращает меня к тому, что я просил вас представить: что все звезды не движутся. На самом деле Вселенная расширяется, и самые удаленные галактики удаляются от Земли почти со скоростью света.

Поскольку галактики удаляются так быстро, свет от их звезд переходит в цвета, которые человеческий глаз не видит. Этот эффект называется доплеровским смещением. Поэтому, даже если бы свет успел дойти до вас, вы все равно не смогли бы увидеть свет самых далеких звезд своими глазами. И ночное небо не было бы полностью освещено.

Если ждать еще дольше, то в конце концов все звезды перегорят — такие звезды, как Солнце, живут всего около 10 млрд. лет. Астрономы предполагают, что в далеком будущем — через тысячу триллионов лет — Вселенная потемнеет и будет населена только звездными остатками, такими как белые карлики и черные дыры.

Несмотря на то, что наше ночное небо не полностью заполнено звездами, мы живем в совершенно особое время жизни Вселенной, когда нам посчастливилось наслаждаться богатым и сложным ночным небом, наполненным светом и тьмой.

Брайан Джексон, доцент кафедры астрономии, Государственный университет Бойсе.