Хронологија свемира

Хронологија свемира описује историју и будућност свемира према космологији Великог праска. Процењује се да историја почиње пре 13,787 милијарди година, када је свемир био изузетно густ и врућ, пре него што је створена било каква материја. У овом стању, свемир заузима бесконачно малу област простора и времена.

Најранија фаза у физичким моделима је огромно ширење простора у сићушном делићу микросекунде, праћено споријим ширењем и стварањем честица материје и антиматерије. Ове честице готово потпуно анихилирају једна другу остављајући енергију и мали остатак материје у облику кварк-глуонске плазме. Како се ширење наставља, ова плазма се кондензује у море протона и неутрона који реагују са неутринима.

До ознаке од 1 секунде, температура је довољно опала да неутрини више не могу да реагују; овај огроман број примордијалних неутрина наставља да струји широм свемира све до данас.

Након 6 секунди, хлађење услед ширења омогућава електронима и позитронима да анихилирају, стварајући још један импулс енергије. Језгра првих елемената сада се формирају, првенствено водоник и хелијум, са малом количином литијума.

Након брзих промена током 3 минута ширења, свемир се хлади хиљадама година да би достигао температуру на којој су атоми стабилни. Интензиван скуп фотона постаје слободан; они су били апсорбовани и емитовани од стране плазме, али сада у мањој мери реагују са атомима. Ови фотони су данас видљиви као позадинска температура свемира.

Следећа фаза свемира укључује постепени гравитациони колапс гаса водоника. Како гравитационе силе привлаче материју ближе, гасови се компримују и загревају у сићушном простору, палећи нуклеарну фузију да би се створиле прве звезде. Гравитационо привлачење током милиона година формира скупове звезда; стварајући галаксије и веће структуре које су данас видљиве.

Позадина Ширење

Тренутни прихваћени модел историје свемира заснива се на концепту Великог праска: свемир је почео као врућ и густ, а затим се ширио и хладио. Различите честице ступају у интеракцију током сваке главне фазе ширења; како се свемир шири, густина опада и неке интеракције честица престају да буду важне. Карактер свемира се мења. Штавише, сама брзина ширења зависи од природе постојећих честица, стварајући међуигру између космологије и физике честица.

Време мини|лево|Време погледа у прошлост екстрагалактичких посматрања према њиховом космолошком црвеном помаку до z=20., укључујући Fortran-90 код на коме су засновани дијаграми и формуле.

У космологији, време и простор су повезани: простор се шири како се време повећава. Време у свакој тачки простора (на пример у галаксији) може бити јединствено дефинисано у смислу замишљеног сата у тој тачки. Ови сатови се крећу са тачком у простору како се свемир шири; синхронизовани су на једну тачку у далекој прошлости. Светлост удаљених галаксија је емитована у прошлости, а затим путује брзином светлости: знање о удаљеној галаксији је ограничено на једну тачку у времену названу време погледа у прошлост. Током путовања из удаљене тачке, свемир наставља да се шири, растежући таласну дужину светлости успут, што је ефекат назван космолошки црвени помак. Црвени помак се може измерити упоређивањем долазне светлости са познатим спектроскопским линијама и резултујућа вредност може бити повезана са кокрећућим растојањем до емитера. Последично, експериментално знање о хронологији свемира изводи се посматрањем удаљене светлости.

Преглед мини|upright=2| НАСА дијаграм приказује историју свемира од инфлације до садашњости. Хронологија свемира може се поделити у пет делова: Инфлација, прва ера подржана експерименталним доказима, период експоненцијалног ширења који се завршава конверзијом енергије у честице, Кварковска супа, почетне честице се хладе и спајају, формира се тамна материја, Нуклеосинтеза Великог праска, комбиновањем нуклеона стварају се језгра првих атома, Гравитација гради космичку структуру, смањена густина омогућава материји да доминира над зрачењем за контролу ширења, фотони се одвајају да би формирали космичко позадинско зрачење, а гравитационо привлачење гради звезде, галаксије и јата галаксија. Космичко убрзање, континуирано ширење омогућава тамној енергији да превазиђе гравитациону силу, инхибирајући веће структуре. Унутар ових великих подсекција постоји много догађаја и транзиција. Старији модели другачије су делили хронологију, користећи другачију терминологију или нагласак.

Табеларни преглед Модерне космолошке хронологије почињу са инфлацијом, најранијим временским периодом подржаним чврстим посматрачким доказима. Све раније се сматра нестандардном космологијом, предметом великог броја још увек непотврђених истраживања. Пододељак чланка Космичко време Црвени помак Температура Опис Инфлација непознато није применљиво Космичка инфлација шири простор за фактор реда 10 током времена реда 10 до 10 секунди. Поновно загревање непознато непознато Претвара енергију у инфлационом пољу у термално купатило честица Стандардног модела, иницирајући Врући Велики прасак. Многи механизми су предложени. Бариогенеза непознато непознато Стварају се материја и антиматерија са једном додатном честицом материје на сваких 1010 парова. Парови се анихилирају производећи фотоне и остављајући честице материје. Предложено је више механизама, али ниједно запажање не издваја један. Електрослаб фазни прелаз > 10 K(150 GeV/kB) Јака интеракција постаје различита од електрослабе интеракције. Честице материје добијају масу. Сфера простора која ће постати видљиви свемир је у ово време приближно 300 светлосних секунди (~0,6 ај) у полупречнику. Фазни прелаз квантне хромодинамике Кварк–глуонска плазма честица материје спаја се у хадроне: углавном протоне, неутроне и пионе. Одвајање неутрина 1 s (1 MeV/kB) Неутрини престају да ступају у интеракцију са барионском материјом и формирају космичку неутринску позадину. Сфера простора која ће постати видљиви свемир је у ово време приближно 10 светлосних година у полупречнику. Анихилација електрона и позитрона Како температура опада, фотони више немају довољно енергије да производе парове електрон/позитрон. Електрони и позитрони анихилирају, остављајући фотоне. Нуклеосинтеза Великог праска Протони и неутрони се везују у примордијална атомска језгра: водоник и хелијум-4. Формирају се и трагови деутеријума, хелијума-3 и литијума-7. На крају ове епохе, сферна запремина простора која ће постати видљиви свемир износи око 300 светлосних година у полупречнику, густина барионске материје је реда 4 грама по m (око 0,3% густине ваздуха на нивоу мора) — међутим, већина енергије у ово време је у електромагнетном зрачењу. Рекомбинација 290 хиљ. год. – 370 хиљ. год. 1090 – 1270 4000 K(0.4 eV/kB) Електрони и атомска језгра по први пут постају везани формирајући неутралне атоме. Фотони више нису у термодинамичкој равнотежи са материјом и свемир по први пут постаје транспарентан. Рекомбинација траје око 100 хиљада година, током којих свемир постаје све транспарентнији за фотоне. Фотони космичког микроталасног позадинског зрачења потичу из овог времена. Сферна запремина простора која ће постати видљиви свемир је 42 милиона светлосних година у полупречнику у ово време. Густина барионске материје у ово време је око 500 милиона атома водоника и хелијума по кубном метру, што је приближно милијарду пута више него данас. Ова густина одговара притиску реда 10 атм. Мрачно доба (Потпуно се завршава тек око 1 млрд. год.) Време између рекомбинације и формирања првих звезда. Током овог времена, једини извор фотона био је водоник који је емитовао радио таласе на водоничној линији. Слободно путујући ЦМБ фотони брзо (у року од око 3 милиона година) су црвено померени у инфрацрвену светлост, а свемир је био лишен видљиве светлости. Формирање и еволуција звезда и галаксија Најраније галаксије: од око 300–400 мил. год.?(прве звезде: слично или раније)Модерне галаксије: (тачно време се још истражује) Од око 20 Од око 60 K Најраније познате галаксије постојале су већ око 280 мил. год. Галаксије се спајају у „прото-јата” почевши од око 1 млрд. год. (црвени помак ) и у јата галаксија почевши око 3 млрд. год. , као и у суперјата почевши од око 5 млрд. год. (). Рејонизација (тачно време се још истражује) 20 – 6 Најдаљи астрономски објекти видљиви помоћу телескопа датирају из овог периода; до 2025, најудаљенија посматрана галаксија је Џејмс Вебова галаксија на црвеном помаку од преко 14. Најраније „модерне” звезде Популације I формирају се у овом периоду. Садашње време 13,8 млрд. год. 0 2.7 K Најдаљи посматрани фотони у овом тренутку су ЦМБ фотони. Они стижу из сфере са полупречником од 46 милијарди светлосних година. Сферна запремина унутар ње обично се назива видљиви свемир. Алтернативне поделе хронологије (које се преклапају са неколико горенаведених периода) Ера доминације зрачења Од инфлације (~ > 3600 > 10 K Током овог времена, густина енергије безмасних и готово безмасних релативистичких компоненти попут фотона и неутрина, који се крећу брзином или близу брзине светлости, доминира над густином материје и тамном енергијом. Ера доминације материје Током овог времена, густина енергије материје доминира над густином зрачења и тамном енергијом, што доводи до успореног ширења свемира. Ера доминације тамне енергије > 9,8 млрд. год. < 0.4 < 4 K Густина материје пада испод густине тамне енергије (енергије вакуума), а ширење простора почиње да убрзава. Ово време грубо одговара времену формирања Сунчевог система и еволуционој историји живота. Стелиферна ера Време између првог формирања звезда Популације III до престанка формирања звезда, остављајући све звезде у облику дегенерисаних остатака. Далека будућност > 100 бил. год. < −0.99 < 0.1 K Стелиферна ера ће се завршити пошто звезде временом умиру а све се мање нових рађа да их замене, што доводи до свемира који се затамњује. Разне теорије сугеришу бројне наредне могућности. Претпостављајући распад протона, материја може евентуално испарити у Мрачно доба (топлотна смрт). Алтернативно, свемир се може урушити у Велико смрскавање. Други предложени крајеви укључују катастрофу лажног вакуума или Велико цепање као могуће крајеве свемира.

Инфлација Пре око 10−32 секунди након Великог праска

У овој тачки врло раног свемира, сматра се да се свемир проширио за фактор од најмање у времену реда . Сва маса-енергија у свим тренутно видљивим галаксијама почела је у сфери полупречника око , а затим је нарасла до сфере полупречника око 0,9 m до краја инфлације. Ова фаза историје космичког ширења позната је као инфлација или понекад као инфлаторна епоха.

Инфлација објашњава како данашњи свемир има концентрације материје, попут галаксија и јата галаксија, уместо да има просторно униформну материју кроз читав свемир. Сићушне квантне флуктуације у свемиру, појачане инфлацијом, верује се да су основа за структуре великих размера које су се формирале много касније.

Механизам који је покретао инфлацију остаје непознат, иако су предложени многи модели. У неколико истакнутијих модела, сматра се да ју је покренуло одвајање јаке и електрослабе интеракције (фазни прелаз) које је окончало епоху великог уједињења. Један од теоријских производа овог фазног прелаза било је скаларно поље названо поље инфлатона. Како се ово поље слегло у своје стање најниже енергије широм свемира, генерисало је огромну одбојну силу која је довела до брзог ширења свемира.

Брзо ширење је значило да су било које потенцијалне честице (или други „нежељени” артефакти, попут тополошких дефеката) преостале из времена пре инфлације сада биле дистрибуиране веома ретко широм свемира.

Поновно загревање