То, что произошло 4,56 миллиарда лет назад, является самой важной частью космической истории, когда-либо случавшейся с нами.
Если бы вы посмотрели на нашу Вселенную в то время, когда формировалась наша Солнечная система, вы не увидели бы ничего необычного. Млечный Путь будет казаться относительно изолированным: вторым по величине членом относительно небольшой группы галактик. Маленькие карликовые галактики будут медленно сливаться и поглощаться более крупными, точно так же, как это происходит во всей Вселенной. А по всему Млечному Пути уже сияют сотни миллиардов звезд, а сгустки газа время от времени сжимаются вдоль его спиральных рукавов, вызывая новые волны звездообразования. В нашей галактике в любое время действуют от десятков до сотен таких регионов.
В одном из этих регионов через 9,2 миллиарда лет после Большого взрыва сформировались наше Солнце, планеты и Солнечная система. Вот как это было, когда Вселенная создала то, что станет нами.
Газовые облака сжимались, образуя звезды на протяжении более 99% истории Вселенной, но системы, подобные нашей, не всегда были возможны. Потребовались поколения звезд, живущих и умирающих, сжигающих свое топливо, превращающихся в сверхновые, сбрасывающих свои внешние слои и сталкивающихся белых карликов и нейтронных звезд с нейтронными звездами, чтобы заполнить нашу галактику тяжелыми элементами, которые мы позже нужно для жизни.
Только с этими сырыми ингредиентами наша Солнечная система могла породить нас. Но для того, чтобы мы существовали с теми качествами, которые у нас были, нужно, чтобы в нужное русло совпало множество других вещей.
Спиральные галактики имеют форму блина: газ внутри них находится в тонком диске, более плотном к центру и менее плотном на окраинах. При вращении внутренние части вращаются большее количество раз, чем внешние части; галактики вращаются по-разному, а не как вращающаяся пластинка.
Самые тяжелые элементы преимущественно направляются к центральным областям, а более легкие - к окраинам. Наша Солнечная система образовалась из газового облака примерно на полпути к краю диска, примерно в 25 000 световых лет от центра, в центральной части диска, если разрезать его вдоль. Когда наша Солнечная система только сформировалась, мы состояли примерно из 70 % водорода и 28 % гелия и только из 2 % всего остального вместе взятого. Тем не менее, это означает, что прошло много времени с момента Большого взрыва, когда все состояло на 75% из водорода, на 25% из гелия и практически из ничего.
В галактиках, подобных нашей в эволюционировавших спиральных галактиках, которые относительно спокойны , образуются большинство звезд , когда облака газа в диске проходят через один из спиральных рукавов. Материал направляется в эти облака, в результате чего его плотность становится даже выше средней, чем раньше, что часто может вызвать гравитационный коллапс. Когда происходит коллапс, эти газовые облака, масса которых может составлять от тысяч до миллионов масс Солнца, начинают распадаться на множество крошечных сгустков.
Самые большие сгустки первой формы начинают притягивать наибольшее количество материи, и они вырастают в самые большие звезды. Меньшие скопления растут медленнее, а скопления, которые сливаются вместе, увидят, что их рост ускоряется. Внутри этих областей звездообразования начинается гонка: между гравитацией, работающей над формированием и ростом звезд, и излучением, испускаемым самыми горячими звездами для образования новых.
Со временем становится ясно, кто окажется в большом выигрыше: самые массивные звезды могут быть в десятки и даже сотни раз массивнее нашего Солнца и могут испускать излучение в тысячи или миллионы раз больше, чем наше Солнце. сияющий, как наша собственная звезда. Это гиганты, которые уничтожат активные области звездообразования, испарив газ.
Но гравитация - стойкий конкурент. Он подает газ в самые разные регионы. В то время как большая звездообразующая туманность может образовывать десятки или даже сотни звезд с большой массой, она будет формировать в сотни раз больше звезд с малой массой. В то время как самые яркие, самые горячие, самые голубые звезды привлекают все внимание на раннем этапе, в космических масштабах они всего лишь вспышки на сковороде. Через несколько миллионов лет их всех не станет.
Говорят, что пламя, горящее в два раза ярче, горит вдвое меньше, но для звезд дело обстоит еще хуже. Звезда, которая в два раза массивнее другой, сжигает свое топливо примерно в восемь раз быстрее. По сравнению со звездой вроде нашего Солнца, которая может существовать 10-12 миллиардов лет, звезда в десятки или даже сотни раз массивнее будет жить не более нескольких миллионов лет.
В то время как наша ранняя Солнечная система все еще втягивает материю, растет и работает над тем, чтобы схлопнуться, чтобы сформировать центральную звезду, вокруг которой вращаются планеты, самые массивные звезды вокруг нее яростно сжигают свое топливо, превращаясь в сверхновые., и положить конец звездообразованию в окружающей среде. Вселенная - это жестокое место, а области звездообразования - одни из самых жестоких мест из всех.
Но наша Солнечная система тоже не на последнем месте. Центральный сгусток материи, из которого вырастет наше Солнце, был больше, раньше и рос быстрее, чем подавляющее большинство существующих сгустков. Если бы мы взглянули на наше Солнце сегодня и сравнили его со всеми другими звездами во Вселенной, вот удивительный факт: оно массивнее 95% всех звезд.
На самом деле, где-то между 75% и 80% всех звезд являются красными карликами (M-класса): звезды с наименьшей массой, самые холодные и самые маленькие звезды. Из остальных звезд более половины относятся к следующему классу: К-классу, который все еще меньше, менее массивен и холоднее нашего Солнца. Количество материи, слипшейся вместе, чтобы привести к нам, было выше среднего по массе и типично в одном очень важном аспекте: мы были одни.
В большинстве крупных областей звездообразования, которые мы находим в галактиках размером с Млечный Путь, рождаются тысячи новых звезд. Из них многие из них будут связаны друг с другом в многозвездные системы, в то время как примерно половина из них будет одиночными звездами без другого звездного компаньона. Мы узнали об этом сравнительно недавно, изучая ближайшие к Земле звезды благодаря сотрудничеству, известному как RECONS.
Исследовательский консорциум по ближайшим звездам (RECONS) изучил все звезды, которые они смогли найти в пределах 25 парсеков (около 81 светового года), и обнаружил в общей сложности 2 959 звезд. Из них 1533 были одиночными звездными системами, а остальные 1426 были объединены в двойные, тройные или даже более сложные системы.
Почему наше Солнце представляет собой однозвездную систему, а не многозвездную? Чистая случайность.
Шли годы, и фрагмент газового облака, превратившийся в нашу Солнечную систему, накапливал материю в основном в центральном скоплении. Молекулы излучают тепло, позволяя этому облаку вырасти в наше Солнце, в то время как гравитационный коллапс одновременно вызывает повышение температуры и повышение температуры в центре. В какой-то момент достигается критический порог: температура 4 миллиона К, при которой отдельные протоны могут начать сливаться в более тяжелые элементы в процессе ядерного синтеза.
Это момент, когда звезда официально считается живой. Насколько нам известно, этот момент произошел 4,56 миллиарда лет назад, когда Вселенная была примерно на 2/3 своего нынешнего возраста. В этот момент наша Солнечная система впервые официально сформировалась.
За последние несколько лет мы, наконец, смогли наблюдать за солнечными системами на этих самых ранних стадиях формирования, обнаруживая центральные звезды и протозвезды, окутанные газом, пылью, и протопланетные диски с промежутками в них. Это семена того, что станет гигантскими и каменистыми планетами, что приведет к созданию полноценных солнечных систем, подобных нашей. Хотя большинство звезд, которые формируются - , включая, весьма вероятно, и нашу собственную - , образовались среди тысяч других в массивных звездных скоплениях, есть несколько аномалий, которые формируются в относительной изоляции.
Хотя история Вселенной может впоследствии отделить нас от всех наших звездных и планетарных братьев и сестер из туманности, которую они сформировали миллиарды лет назад, рассеяв их по галактике, наша общая история остается. Всякий раз, когда мы находим звезду примерно того же возраста и содержания тяжелых элементов, что и наше Солнце, мы не можем не задаться вопросом: не является ли она одним из наших давно потерянных братьев и сестер? Галактика, вероятно, полна ими.
Дополнительная информация о том, какой была Вселенная, когда:
- Каково было, когда Вселенная раздувалась?
- Как это было, когда начался Большой Взрыв?
- Каково было, когда Вселенная была самой горячей?
- Как это было, когда Вселенная впервые создала больше материи, чем антиматерии?
- Как это было, когда бозон Хиггса придал Вселенной массу?
- Как это было, когда мы впервые создали протоны и нейтроны?
- Как это было, когда мы потеряли последнюю часть нашей антиматерии?
- Как это было, когда Вселенная создала свои первые элементы?
- Как это было, когда Вселенная впервые создала атомы?
- Каково было, когда во Вселенной не было звезд?
- Как это было, когда первые звезды начали освещать Вселенную?
- Как это было, когда погибли первые звезды?
- Как это было, когда во Вселенной образовалось второе поколение звезд?
- Как это было, когда Вселенная создала самые первые галактики?
- Как это было, когда звездный свет впервые прорвался сквозь нейтральные атомы Вселенной?
- Как это было, когда образовались первые сверхмассивные черные дыры?
- Что было, когда жизнь во Вселенной впервые стала возможной?
- Как это было, когда галактики образовывали наибольшее количество звезд?
- Как это было, когда формировались первые обитаемые планеты?
- Как это было, когда космическая паутина сформировалась?
- Как это было, когда сформировался Млечный Путь?
- Как это было, когда темная энергия впервые захватила Вселенную?