Кратчайшая история Вселенной

Физики уверены в том, что Вселенная возникла в состоянии высокой плотности и температуры. Первые доли секунды не могли существовать даже многие привычные нам элементарные частицы. Однако уже к первой секунде обычное вещество во Вселенной представляло собой горячую плазму, заполненную излучением. Именно плотность излучения определяла тогда динамику нашего мира (вклад обычного и темного вещества, а также темной энергии был существенно меньше).

В течение времени от нескольких десятков секунд до десяти минут во Вселенной шли реакции первичного нуклеосинтеза — возникли ядра гелия и некоторых других атомов. В результате наша Вселенная, если говорить об обычном (барионном) веществе, примерно на три четверти состоит из водорода и на четверть из гелия. Однако темного вещества по массе в пять раз больше! Именно благодаря ему, а не видимой материи структура Вселенной стала такой, какой мы ее знаем.

Спустя примерно 350 000 лет после начала расширения обычное вещество также стало участвовать в формировании структуры Вселенной. Но десятки миллионов лет этот процесс не приводил к качественным изменениям. Наконец, спустя примерно 100 миллионов лет начали рождаться первые звезды. Пока это лишь результаты теоретического моделирования, но возможно, что новый космический телескоп JWST позволит увидеть взрывы самых первых звезд.

Процесс образования звезд происходил в облаках из темного вещества и первичного газа. Эти облака постепенно образовывали галактики, которые появляются спустя еще несколько сотен миллионов лет. Если среди первых звезд были объекты с массой меньше солнечной, то у нас есть шанс обнаружить их даже в нашей Галактике. А вот первые звезды больших масс (сотни масс Солнца) имели небольшое время жизни и через пару миллионов лет после появления порождали черные дыры с массами 100–200 солнечных. Кроме того, черные дыры могли возникать в результате коллапса больших облаков газа. Попадая в галактики, эти черные дыры росли за счет поглощения вещества и слияний друг с другом, превращаясь в сверхмассивные черные дыры. Поэтому в центре каждой достаточно крупной галактики находится такой монстр с типичной массой от миллиона до миллиарда масс Солнца.

В молодых галактиках на сверхмассивные черные дыры интенсивно натекал окружающий газ. Так возникали мощные источники излучения — квазары. Их число было особенно велико через 3–4 миллиарда лет после начала расширения. Сейчас квазары (и другие мощные активные ядра галактик) стали редкостью во Вселенной.

Спустя миллиард лет после начала расширения начали появляться скопления галактик. Отчетливо проявилась ячеисто-волокнистая структура. Гравитация вещества делала свое дело, собирая галактики в скопления и сверхскопления и притормаживая расширение Вселенной. Однако спустя семь миллиардов лет после Большого взрыва темная энергия начала выигрывать — расширение стало ускоренным.

Сейчас, как полагают ученые, Вселенная, если говорить о средней плотности, примерно на 70% состоит из темной энергии, на 25% — из темного вещества и лишь на 5% из обычной (барионной) материи. Электромагнитное излучение, а также нейтрино и другие виды частиц вносят лишь незначительный вклад в полную плотность. Поэтому динамика нашего мира в больших масштабах определяется в наши дни именно темной энергией.

Будущее Вселенной в первую очередь зависит от эволюции темной энергии. Если она не будет изменяться, то ее вклад будет расти — Вселенная будет расширяться все быстрее. Скопления галактик выживут, но из-за действия темной энергии не только не возникнут образования, более крупные, чем сверхскопления, но и сами сверхскопления, скорее всего, потеряют свои внешние части. Но не исключено, что темная энергия будет видоизменяться. Некоторые космологические модели допускают ее распад, превращение в другие формы материи. Тогда произойдет возврат к предыдущей стадии, и расширение Вселенной будет замедляться. Все это, впрочем, находится в области гипотез. Чтобы предсказать будущее Вселенной, необходимы новые данные.