L'Univers : réponses aux questions les plus célèbres du cosmos

Que savons-nous de l'univers, à quoi ressemble le cosmos ? L'univers est un monde sans limites difficile à appréhender par l'esprit humain, qui semble irréel et immatériel. En fait, nous sommes entourés de matière, illimitée dans l'espace et dans le temps, capable de prendre diverses formes. Afin d'essayer de comprendre la véritable échelle de l'espace extra-atmosphérique, le fonctionnement de l'Univers, la structure de l'univers et les processus d'évolution, nous devrons franchir le seuil de notre propre vision du monde, regarder le monde qui nous entoure d'un autre angle, de l'intérieur.

La formation de l'univers : premiers pas

L'espace que nous observons à travers les télescopes n'est qu'une partie de l'univers stellaire, la soi-disant mégagalaxie. Les paramètres de l'horizon cosmologique de Hubble sont colossaux - 15 à 20 milliards d'années-lumière. Ces données sont approximatives, car dans le processus d'évolution, l'Univers est en constante expansion. L'expansion de l'univers se produit par la propagation d'éléments chimiques et du rayonnement de fond cosmique à micro-ondes. La structure de l'univers est en constante évolution. Dans l'espace, des amas de galaxies apparaissent, les objets et les corps de l'Univers sont des milliards d'étoiles qui forment des éléments de l'espace proche - des systèmes stellaires avec des planètes et des satellites.

Où est le début ? Comment l'univers a-t-il vu le jour ? Vraisemblablement, l'âge de l'Univers est de 20 milliards d'années. Il est possible que la protomatière chaude et dense soit devenue la source de matière cosmique, dont l'amas a explosé à un certain moment. Les plus petites particules formées à la suite de l'explosion se sont dispersées dans toutes les directions et continuent de s'éloigner de l'épicentre à notre époque. La théorie du Big Bang, qui domine désormais la communauté scientifique, correspond le mieux à la description du processus de formation de l'Univers. La substance résultant d'un cataclysme cosmique était une masse hétérogène constituée des plus petites particules instables qui, se heurtant et se dispersant, ont commencé à interagir les unes avec les autres.

Le Big Bang est une théorie de l'origine de l'univers expliquant sa formation. Selon cette théorie, il y avait initialement une certaine quantité de matière qui, à la suite de certains processus, a explosé avec une force colossale, dispersant une masse de mère dans l'espace environnant.

Après un certain temps, selon les normes cosmiques - un instant, selon la chronologie terrestre - des millions d'années, le stade de la matérialisation de l'espace est arrivé. De quoi est fait l'univers? La matière dispersée a commencé à se concentrer en caillots, grands et petits, à la place desquels les premiers éléments de l'Univers ont ensuite commencé à apparaître, d'énormes masses de gaz - la pépinière des futures étoiles. Dans la plupart des cas, le processus de formation des objets matériels dans l'Univers est expliqué par les lois de la physique et de la thermodynamique, cependant, il existe un certain nombre de points qui ne peuvent pas encore être expliqués. Par exemple, pourquoi dans une partie de l'espace la matière en expansion est plus concentrée, alors que dans une autre partie de l'univers la matière est très raréfiée. Les réponses à ces questions ne peuvent être obtenues que lorsque le mécanisme de formation des objets spatiaux, grands et petits, devient clair.

Or le processus de formation de l'Univers s'explique par l'action des lois de l'Univers. L'instabilité gravitationnelle et l'énergie dans différentes zones ont déclenché la formation de protoétoiles, qui à leur tour, sous l'influence des forces centrifuges et de la gravité, ont formé des galaxies. En d'autres termes, alors que la matière continuait et continuait à se dilater, des processus de compression ont commencé sous l'influence des forces gravitationnelles. Des particules de nuages ​​de gaz ont commencé à se concentrer autour du centre imaginaire, formant finalement un nouveau sceau. Le matériau de construction de ce chantier gigantesque est l'hydrogène moléculaire et l'hélium.

Les éléments chimiques de l'Univers sont le matériau de construction principal à partir duquel la formation des objets de l'Univers a ensuite procédé.

De plus, la loi de la thermodynamique commence à fonctionner, les processus de décroissance et d'ionisation sont activés. Les molécules d'hydrogène et d'hélium se décomposent en atomes, à partir desquels, sous l'influence des forces gravitationnelles, se forme le noyau d'une protoétoile. Ces processus sont les lois de l'Univers et ont pris la forme d'une réaction en chaîne, se produisant dans tous les coins éloignés de l'Univers, remplissant l'univers de milliards, de centaines de milliards d'étoiles.

Évolution de l'univers : Faits saillants

Aujourd'hui, dans les milieux scientifiques, il existe une hypothèse sur la cyclicité des états à partir desquels se tisse l'histoire de l'Univers. Ayant surgi à la suite de l'explosion de protomatière, les accumulations de gaz sont devenues une pépinière d'étoiles, qui à leur tour ont formé de nombreuses galaxies. Cependant, ayant atteint une certaine phase, la matière dans l'Univers commence à lutter pour son état d'origine concentré, c'est-à-dire L'explosion et l'expansion subséquente de la matière dans l'espace sont suivies d'une compression et d'un retour à un état superdense, au point de départ. Par la suite, tout se répète, la naissance est suivie de la finale, et ainsi de suite pendant plusieurs milliards d'années, à l'infini.

Le début et la fin de l'univers conformément à la nature cyclique de l'évolution de l'univers

Cependant, après avoir omis le sujet de la formation de l'Univers, qui reste une question ouverte, nous devrions passer à la structure de l'univers. Dans les années 30 du XXe siècle, il est devenu clair que l'espace extra-atmosphérique est divisé en régions - les galaxies, qui sont d'énormes formations, chacune avec sa propre population stellaire. Cependant, les galaxies ne sont pas des objets statiques. La vitesse d'expansion des galaxies à partir du centre imaginaire de l'Univers est en constante évolution, comme en témoignent la convergence de certaines et l'éloignement des autres les unes des autres.

Tous ces processus, du point de vue de la durée de la vie terrestre, durent très lentement. Du point de vue de la science et de ces hypothèses, tous les processus évolutifs se produisent rapidement. Classiquement, l'évolution de l'Univers peut être divisée en quatre étapes - ères :

• ère des hadrons ;
• ère des leptons ;
• l'ère des photons ;
• ère stellaire.

Échelle de temps cosmique et évolution de l'Univers, selon laquelle l'apparition des objets spatiaux peut être expliquée

Au premier stade, toute la matière était concentrée dans une grande goutte nucléaire, constituée de particules et d'antiparticules, combinées en groupes - hadrons (protons et neutrons). Le rapport des particules et des antiparticules est d'environ 1:1,1. Vient ensuite le processus d'annihilation des particules et des antiparticules. Les protons et les neutrons restants sont le matériau de construction à partir duquel l'Univers est formé. La durée de l'ère des hadrons est négligeable, seulement 0,0001 seconde - la période de la réaction explosive.

De plus, après 100 secondes, le processus de synthèse des éléments commence. À une température d'un milliard de degrés, des molécules d'hydrogène et d'hélium se forment lors du processus de fusion nucléaire. Pendant tout ce temps, la substance continue de se dilater dans l'espace.

A partir de ce moment commence une longue phase, de 300 000 à 700 000 ans, de recombinaison des noyaux et des électrons, formant des atomes d'hydrogène et d'hélium. Dans ce cas, une diminution de la température de la substance est observée et l'intensité du rayonnement diminue. L'univers devient transparent. L'hydrogène et l'hélium formés en quantités colossales, sous l'influence des forces gravitationnelles, transforment l'Univers primaire en un chantier de construction géant. Après des millions d'années, l'ère stellaire commence - qui est le processus de formation des protoétoiles et des premières protogalaxies.

Cette division de l'évolution en stades s'inscrit dans le modèle de l'Univers chaud, ce qui explique de nombreux processus. Les véritables causes du Big Bang, le mécanisme de l'expansion de la matière restent inexpliqués.

La structure et la structure de l'univers

Avec la formation d'hydrogène gazeux, l'ère stellaire de l'évolution de l'Univers commence. L'hydrogène sous l'influence de la gravité s'accumule dans d'énormes accumulations, des caillots. La masse et la densité de tels amas sont colossales, des centaines de milliers de fois supérieures à la masse de la galaxie formée elle-même. La répartition inégale de l'hydrogène, observée au stade initial de la formation de l'univers, explique les différences de tailles des galaxies formées. Là où il aurait dû y avoir une accumulation maximale d'hydrogène gazeux, des mégagalaxies se sont formées. Là où la concentration d'hydrogène était négligeable, des galaxies plus petites sont apparues, comme notre maison stellaire, la Voie lactée.

La version selon laquelle l'Univers est un point de départ et d'arrivée autour duquel gravitent des galaxies à différents stades de développement

A partir de ce moment, l'Univers reçoit les premières formations avec des limites et des paramètres physiques clairs. Ce ne sont plus des nébuleuses, des accumulations de gaz stellaires et de poussières cosmiques (produits d'explosion), des protoamas de matière stellaire. Ce sont des pays vedettes, dont la superficie est immense en termes d'esprit humain. L'univers se remplit de phénomènes cosmiques intéressants.

Du point de vue des justifications scientifiques et du modèle moderne de l'Univers, les galaxies se sont d'abord formées à la suite de l'action des forces gravitationnelles. La matière s'est transformée en un colossal tourbillon universel. Des processus centripètes ont assuré la fragmentation ultérieure des nuages ​​de gaz en amas, qui sont devenus le berceau des premières étoiles. Les protogalaxies avec une période de rotation rapide se sont transformées en galaxies spirales au fil du temps. Là où la rotation était lente et où le processus de compression de la matière était principalement observé, des galaxies irrégulières se formaient, le plus souvent elliptiques. Dans ce contexte, des processus plus grandioses ont eu lieu dans l'Univers - la formation de superamas de galaxies, qui se touchent étroitement par leurs bords.

Les superamas sont de nombreux groupes de galaxies et amas de galaxies dans la structure à grande échelle de l'Univers. À moins d'un milliard de St. années, il y a environ 100 superamas

À partir de ce moment, il est devenu clair que l'Univers est une immense carte, où les continents sont des amas de galaxies et les pays sont des mégagalaxies et des galaxies qui se sont formées il y a des milliards d'années. Chacune des formations est constituée d'un amas d'étoiles, de nébuleuses, d'accumulations de gaz et de poussières interstellaires. Cependant, toute cette population ne représente que 1% du volume total des formations universelles. La masse et le volume principaux des galaxies sont occupés par de la matière noire, dont il est impossible de connaître la nature.

Diversité de l'Univers : classes de galaxies

Grâce aux efforts de l'astrophysicien américain Edwin Hubble, nous avons maintenant les limites de l'univers et une classification claire des galaxies qui l'habitent. La classification était basée sur les caractéristiques structurelles de ces formations géantes. Pourquoi les galaxies ont-elles des formes différentes ? La réponse à cette question et à bien d'autres est donnée par la classification de Hubble, selon laquelle l'Univers est constitué de galaxies des classes suivantes :

• spirale;
• elliptique;
• galaxies irrégulières.

Les premiers comprennent les formations les plus courantes qui remplissent l'univers. Les traits caractéristiques des galaxies spirales sont la présence d'une spirale clairement définie qui tourne autour d'un noyau brillant ou tend vers un pont galactique. Les galaxies spirales avec un noyau sont désignées par les symboles S, tandis que les objets avec une barre centrale ont déjà la désignation SB. Cette classe comprend également notre galaxie de la Voie lactée, au centre de laquelle le noyau est séparé par une barre lumineuse.

Une galaxie spirale typique. Au centre, un noyau avec un pont des extrémités duquel émanent des bras en spirale est clairement visible.

Des formations similaires sont dispersées dans tout l'univers. La galaxie spirale la plus proche de nous, Andromède, est une géante qui se rapproche rapidement de la Voie lactée. Le plus grand représentant de cette classe que nous connaissons est la galaxie géante NGC 6872. Le diamètre du disque galactique de ce monstre est d'environ 522 000 années-lumière. Cet objet est situé à une distance de 212 millions d'années-lumière de notre galaxie.

La prochaine classe commune de formations galactiques sont les galaxies elliptiques. Leur désignation selon la classification de Hubble est la lettre E (elliptique). En forme, ces formations sont des ellipsoïdes. Malgré le fait qu'il existe de nombreux objets similaires dans l'Univers, les galaxies elliptiques ne sont pas très expressives. Ils se composent principalement d'ellipses lisses remplies d'amas d'étoiles. Contrairement aux spirales galactiques, les ellipses ne contiennent pas d'accumulations de gaz interstellaire et de poussière cosmique, qui sont les principaux effets optiques de la visualisation de tels objets.

Un représentant typique de cette classe, connu aujourd'hui, est une nébuleuse annulaire elliptique dans la constellation de la Lyre. Cet objet est situé à une distance de 2100 années-lumière de la Terre.

Vue de la galaxie elliptique Centaurus A à travers le télescope CFHT

La dernière classe d'objets galactiques qui peuplent l'univers sont les galaxies irrégulières ou irrégulières. La désignation de la classification Hubble est le caractère latin I. La principale caractéristique est une forme irrégulière. En d'autres termes, de tels objets n'ont pas de formes symétriques claires et un motif caractéristique. Dans sa forme, une telle galaxie ressemble à une image de chaos universel, où des amas d'étoiles alternent avec des nuages ​​de gaz et de poussière cosmique. A l'échelle de l'univers, les galaxies irrégulières sont un phénomène fréquent.

À leur tour, les galaxies irrégulières sont divisées en deux sous-types :

• Les galaxies irrégulières du sous-type I ont une structure irrégulière complexe, une surface très dense, qui se distingue par sa luminosité. Souvent, une telle forme chaotique de galaxies irrégulières est le résultat de spirales effondrées. Un exemple typique d'une telle galaxie est le Grand et le Petit Nuage de Magellan ;
• Les galaxies irrégulières de sous-type II ont une surface basse, une forme chaotique et ne sont pas très brillantes. En raison de la diminution de la luminosité, de telles formations sont difficiles à détecter dans l'immensité de l'univers.

Le Grand Nuage de Magellan est la galaxie irrégulière la plus proche de nous. Les deux formations, à leur tour, sont des satellites de la Voie lactée et pourraient bientôt (dans 1 à 2 milliards d'années) être absorbées par un objet plus grand.

La galaxie irrégulière Le Grand Nuage de Magellan est un satellite de notre galaxie, la Voie Lactée.

Malgré le fait qu'Edwin Hubble a assez précisément placé les galaxies en classes, cette classification n'est pas idéale. Nous pourrions obtenir plus de résultats si nous incluions la théorie de la relativité d'Einstein dans le processus de connaissance de l'Univers. L'univers est représenté par une multitude de formes et de structures diverses, chacune ayant ses propres propriétés et caractéristiques. Récemment, les astronomes ont pu détecter de nouvelles formations galactiques décrites comme des objets intermédiaires entre les galaxies spirales et elliptiques.

La Voie lactée est la partie la plus connue de l'univers pour nous.

Deux bras en spirale, situés symétriquement autour du centre, constituent le corps principal de la galaxie. Les spirales, à leur tour, sont constituées de manchons qui s'emboîtent doucement les uns dans les autres. A la jonction des bras du Sagittaire et du Cygne, se trouve notre Soleil, situé du centre de la galaxie de la Voie lactée à une distance de 2,62 10¹⁷ km. Les spirales et les bras des galaxies spirales sont des amas d'étoiles dont la densité augmente à mesure qu'elles se rapprochent du centre galactique. Le reste de la masse et du volume des spirales galactiques est de la matière noire, et seule une petite partie est représentée par le gaz interstellaire et la poussière cosmique.

La position du Soleil dans les bras de la Voie lactée, la place de notre galaxie dans l'Univers

L'épaisseur des spirales est d'environ 2 000 années-lumière. Tout ce gâteau en couches est en mouvement constant, tournant à une vitesse énorme de 200 à 300 km / s. Plus on est proche du centre de la galaxie, plus la vitesse de rotation est élevée. Il faudra au soleil et à notre système solaire 250 millions d'années pour faire une révolution complète autour du centre de la Voie lactée.

Notre galaxie est composée d'un billion d'étoiles, grandes et petites, super lourdes et moyennes. Le groupe d'étoiles le plus dense de la Voie lactée est le bras du Sagittaire. C'est dans cette région que l'on observe le maximum de luminosité de notre galaxie. La partie opposée du cercle galactique, au contraire, est moins brillante et difficilement distinguable par l'observation visuelle.

La partie centrale de la Voie lactée est représentée par un noyau dont les dimensions sont vraisemblablement de 1 000 à 2 000 parsecs. Dans cette région la plus brillante de la galaxie, le nombre maximum d'étoiles est concentré, qui ont des classes différentes, leurs propres voies de développement et d'évolution. Fondamentalement, ce sont de vieilles étoiles superlourdes qui sont à l'étape finale de la séquence principale. La confirmation de la présence du centre de vieillissement de la galaxie de la Voie lactée est la présence dans cette région d'un grand nombre d'étoiles à neutrons et de trous noirs. En effet, le centre du disque spirale de toute galaxie spirale est un trou noir supermassif qui, tel un aspirateur géant, aspire les objets célestes et la matière réelle.

Le trou noir supermassif dans la partie centrale de la Voie lactée est l'endroit où meurent tous les objets galactiques.

Quant aux amas d'étoiles, les scientifiques sont aujourd'hui parvenus à classer deux types d'amas : sphériques et ouverts. En plus des amas d'étoiles, les spirales et les bras de la Voie lactée, comme toute autre galaxie spirale, sont composés de matière dispersée et d'énergie noire. Conséquence du Big Bang, la matière est dans un état hautement raréfié, qui est représenté par des particules de gaz et de poussière interstellaires raréfiées. La partie visible de la matière est représentée par les nébuleuses, elles-mêmes divisées en deux types : les nébuleuses planétaires et diffuses. La partie visible du spectre des nébuleuses s'explique par la réfraction de la lumière des étoiles, qui émettent de la lumière à l'intérieur de la spirale dans toutes les directions.

C'est dans cette soupe cosmique que notre système solaire existe. Non, nous ne sommes pas les seuls dans ce vaste monde. Comme le Soleil, de nombreuses étoiles ont leur propre système planétaire. Toute la question est de savoir comment détecter des planètes lointaines, si les distances même à l'intérieur de notre galaxie dépassent la durée d'existence de toute civilisation intelligente. Le temps dans l'Univers est mesuré par d'autres critères. Les planètes avec leurs satellites sont les plus petits objets de l'univers. Le nombre de ces objets est incalculable. Chacune de ces étoiles qui se trouvent dans la gamme visible peut avoir son propre système stellaire. Il est en notre pouvoir de ne voir que les planètes existantes les plus proches de nous. Ce qui se passe dans le voisinage, quels mondes existent dans d'autres bras de la Voie lactée et quelles planètes existent dans d'autres galaxies, reste un mystère.

Kepler-16 b est une exoplanète autour de l'étoile double Kepler-16 dans la constellation du Cygne

Conclusion

N'ayant qu'une idée superficielle de la façon dont l'Univers est apparu et de son évolution, une personne n'a fait qu'un petit pas vers la compréhension et la compréhension de l'échelle de l'univers. Les dimensions et les échelles grandioses auxquelles les scientifiques doivent faire face aujourd'hui indiquent que la civilisation humaine n'est qu'un moment dans ce faisceau de matière, d'espace et de temps.

Modèle de l'Univers conforme au concept de présence de matière dans l'espace, en tenant compte du temps

L'étude de l'univers va de Copernic à nos jours. Au début, les scientifiques sont partis du modèle héliocentrique. En fait, il s'est avéré que le cosmos n'a pas de véritable centre et que toute rotation, mouvement et mouvement se produit selon les lois de l'Univers. Malgré le fait qu'il existe une explication scientifique aux processus en cours, les objets universels sont divisés en classes, types et types, aucun corps dans l'espace n'est semblable à un autre. Les tailles des corps célestes sont approximatives, ainsi que leur masse. L'emplacement des galaxies, des étoiles et des planètes est conditionnel. Le fait est qu'il n'y a pas de système de coordonnées dans l'Univers. En observant l'espace, nous faisons une projection sur tout l'horizon visible, en considérant notre Terre comme point de référence zéro. En fait, nous ne sommes qu'une particule microscopique, perdue dans les étendues infinies de l'Univers.

L'univers est une substance dans laquelle tous les objets existent en relation étroite avec l'espace et le temps

De la même manière que la liaison aux dimensions, le temps dans l'Univers doit être considéré comme le composant principal. L'origine et l'âge des objets spatiaux vous permettent de faire une image de la naissance du monde, de mettre en évidence les étapes de l'évolution de l'univers. Le système auquel nous sommes confrontés est étroitement lié aux délais. Tous les processus se produisant dans l'espace ont des cycles - le début, la formation, la transformation et la fin, accompagnés de la mort d'un objet matériel et du passage de la matière à un autre état.