第一束光何时出现在宇宙中?

光速为我们提供了研究宇宙的绝佳工具。当光以大约300,000 km / s的速度传播时,看着远处的物体,我们回头看。

我们看不到阳光,而是8分钟前的阳光。我们在642年前就看到了Betelgeuse。 250万年前的仙女座。因此,您可以继续前进,在太空中更深入地了解过去。随着宇宙的膨胀,遥远的物体过去越来越近。

如果您从相反的方向启动时钟并将其开始,那么您将到达比今天的宇宙更热,更密集的地方。它是如此的密集,以至于大爆炸之后的整个宇宙都是质子,中子和电子的汤,没有任何东西结合在一起。



在它稍微膨胀并冷却之后,它的密度和温度开始类似于在像我们的太阳这样的恒星中心发生的变化。天气变冷,足以使离子化的氢原子出现。

由于宇宙中的条件与恒星核心中发生的情况相对应,因此温度和压力足以从氢气中合成氦和其他更重的元素。根据当今宇宙中各种元素的存在比例:74%的氢,25%的氦气和1%的各种不同事物,我们知道宇宙处于这种“星状”状态已经有多长时间了。

它持续了大约17分钟。从“大爆炸”以来的3分钟到此刻的20分钟。在这些时刻,小丑们收集了太多的氦气,以至于他们在用球扭动的动物的帮助下,终其一生都可以追寻人们。

合成过程产生伽马射线光子。在太阳的核心,这些光子从一个原子跳到另一个原子,从核心向外爆发,穿过太阳的发射区,最终飞出太空。这个过程可能需要数万年的时间。但是在早期的宇宙中,这些最初的伽马射线光子无处可去。到处都是炽热而密集的宇宙。

宇宙继续膨胀,结果,在大爆炸之后的几十万年里,宇宙充分冷却,以至于这些氢和氦原子开始吸引自由电子并变成中性原子。



这是宇宙大爆炸之后的240,000至300,000年之间,即宇宙出现的第一束光。光子第一次可以休息一下,通过电子与原子相连。此时,宇宙从不透明变成透明。

原则上,这是最早的光,天文学家可以观察到。让我们在合唱中说:宇宙微波背景辐射[或遗物辐射-大约。翻译]。自从138亿年以来,宇宙一直在扩展,所以第一个光子就被拉伸了,经历了红移,并且在通过了紫外线和可见光部分之后,又进入了光谱的微波部分。

如果我们可以用微波眼睛看到宇宙,那么在任何方向上都可以看到第一束辐射。宇宙正在庆祝它的存在。

在第一束光之后,一切都是黑暗的,没有恒星和星系,只有大量原始元素。在黑暗世纪开始时,整个宇宙的温度约为4000K。与今天的2.7 K进行比较。到了1.5亿年的黑暗世纪末,温度下降到了更合理的60K。



在接下来的8.5亿年中,这些元素聚集在一起纯氢和氦的巨大恒星。如果没有更重的元素,恒星的形成质量可能是太阳质量的数十倍甚至数百倍。这是恒星III,是我们尚没有足够强大的望远镜进行观测的第一批恒星。天文学家认为,它们是在大爆炸之后大约5.6亿年形成的。

然后,第一批恒星像超新星一样爆炸,形成了更大质量的恒星,并且也爆炸了。很难想象当星星像烟花一样爆炸时的样子。但是我们知道这些事件是如此频繁和强大,以至于它们在电离时代照亮了整个宇宙。大部分宇宙都被热等离子体占据。



早期的宇宙又热又可怕,它没有足够的沉重元素作为我们所知道的生活的基础。如果没有恒星的合成,就无法获得氧气,即使是几代恒星也是如此。我们的太阳系是由许多代超新星产生的,它爆炸并播种了越来越重的元素。

我已经提到过,宇宙从4000 K冷却到60K。但是,自大爆炸发生大约一千万年之后,宇宙的温度仍然约为100 C,即水的沸点。再过700万年,它冷却到水的冻结温度0摄氏度。

天文学家想到了这样的想法:大约700万年来,液态水可以在宇宙各处发现。在地球上,无论我们在哪里找到液态水,那里都可以找到生命。



当宇宙只有一千万年的历史时,就有可能形成原始生命。物理学家阿维·勒布(Avi Loeb)这次将人类居住的时代称为“宇宙时代”。没有证据表明这种可能性,但是这个想法很酷。

我一直被这样的想法震惊:在我们周围的任何方向上都有宇宙发出的第一束光。他花了138亿年才到达我们,尽管我们需要用微波的眼睛观察他,但他的存在并无处不在。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN399207/


All Articles