От какво е направена Вселената?

Вселената е изпълнена с милиарди галактики и трилиони звезди, заедно с почти неизброим брой планети, луни, астероиди, комети и облаци от прах и газ – всичко това се вихри в необятността на космоса.

Но ако увеличим мащаба, какви са градивните елементи на тези небесни тела и откъде са дошли?

Водородът е най-често срещаният елемент, открит във Вселената, следван от хелий; заедно те съставят почти цялата обикновена материя. Но това представлява само една малка част от Вселената – около 5%. Всичко останало е направено от неща, които не могат да се видят и могат да бъдат открити само косвено.

Всичко започва с Големия взрив, преди около 13,8 милиарда години, когато свръх горещата и плътно опакована материя внезапно и бързо се разширява във всички посоки наведнъж. Милисекунди по-късно вселената на новороденото е била извисяваща се маса от неутрони, протони, електрони, фотони и други субатомни частици, въртящи се при температура от 100 милиарда градуса по Келвин, според НАСА.

Всяка част от материята, която съставя всички познати елементи в периодичната таблица – и всеки обект във Вселената, от черни дупки до масивни звезди и петна от космически прах – е създаден по време на Големия взрив, казва Нета Бахкол, професор по астрономия в катедрата по астрофизични науки в Принстънския университет в Ню Джърси.

„Ние дори не знаем законите на физиката, които биха съществували в толкова гореща и плътна среда“, каза Бахкол пред Live Science.

Около 100 секунди след Големия взрив температурата спада до все още кипящия 1 милиард градуса Келвин. Приблизително 380 000 години по-късно, Вселената се е охладила достатъчно, за да се съберат протони и неутрони и да образуват литий, хелий и водороден изотоп деутерий, докато свободните електрони образуват неутрални атоми.

В ранната Вселена водородът – най-лекият елемент, само с един протон и един неутрон – се превръща в най-изобилният елемент, съставляващ почти 95% от атомите на Вселената. Близо 5% от атомите на Вселената са хелий, според НАСА. Тогава, около 200 милиона години след Големия взрив, първите звезди се образуват и произвеждат останалите елементи, които съставляват част от останалите 1% от цялата обикновена материя във Вселената.

Нещо друго обаче, е създадено по време на Големия взрив: тъмната материя. „Но не можем да кажем под каква форма съществува тя, защото не сме открили тези частици“, казва Бахкол пред Live Science.

Тъмната материя не може да бъде наблюдавана директно – все още – но нейните „пръстови отпечатъци“ са запазени в първата светлина на Вселената или космическата микровълнова фонова радиация (CMB) като малки колебания в радиацията, каза Бахкол. Учените за първи път предполагат за съществуването на тъмна материя през 30-те години на миналия век, като теоретизират, че невидимото привличане на тъмната материя трябва да бъде това, което държи заедно бързо движещите се клъстери от галактики. Десетилетия по-късно, през 70-те години на миналия век, американският астроном Вера Рубин намери още косвени доказателства за тъмната материя в по-бързите от очакваното скорости на въртене на звездите.

Въз основа на откритията на Рубин, астрофизиците изчисляват, че тъмната материя – въпреки че не може да бъде видяна или измерена – трябва да съставлява значителна част от Вселената. Но преди около 20 години учените откриха, че Вселената държи нещо дори по-странно от тъмната материя; тъмна енергия, която се смята за значително по-изобилна от материята или тъмната материя.

Учените искаха да разберат, дали има достатъчно тъмна материя във Вселената, която да доведе до разширяването й, или обратно, да обърне посоката, причинявайки вселената да се срине навътре върху себе си.

Когато екип от астрономи и физици изследваха това в края на 90-те, те откриват, че Вселената не само не се срива, а се разширява навън с все по-бързи темпове. Групата определи, че неизвестна сила – наречена тъмна енергия – се тласка към Вселената във видимата празнота на пространството и ускорява нейната инерция; откритията на физиците Адам Риес, Брайън Шмит и Саул Перлмутер им спечелиха Нобелова награда по физика през 2011 г.

Модели на силата, необходима за обяснение на скоростта на ускоряване на разширяването на Вселената, предполагат, че тъмната енергия трябва да представлява между 70% и 75% от Вселената. Междувременно тъмната материя представлява около 20% до 25%, докато така наречената обикновена материя – нещата, които всъщност можем да видим – се изчислява на по-малко от 5% от Вселената, обяснява Бахкол.

Като се има предвид, че тъмната енергия съставлява около три четвърти от Вселената, разбирането й е най-голямото предизвикателство пред учените днес, казва астрофизикът Марио Ливио от Университета Джон Хопкинс в Балтимор, Мериленд.

„Докато тъмната енергия не е играла огромна роля в еволюцията на Вселената в миналото, тя ще играе доминиращата роля в еволюцията в бъдеще“, каза Ливио. „Съдбата на Вселената зависи от естеството на тъмната енергия.“