10 нерешённых проблем, над которыми ломают голову лучшие астрономы и астрофизики

Учитывая размер и возраст Вселенной, неудивительно, что человечество обладает лишь поверхностными знаниями о ней. Астрономы могут ответить на многие вопросы о космосе, но есть тайны, которые мы, возможно, никогда не разгадаем.

10. Как взрываются звёзды

Когда звезда сгорает сама по себе, есть два возможных варианта. Довольно массивная звезда может разрушиться под собственным весом и образовать чёрную дыру. Другие звёзды превращаются в сверхновые – концепция, с которой поклонники научной фантастики должны быть знакомы. Звезда сгорает, расширяется и образует красного гиганта. Она продолжает расширяться до тех пор, пока не разрушится, после чего нейтроны в ядре звезды начинают быстро расширяться и создают катастрофический взрыв сверхновой.
Учёным пока что не удалось смоделировать образование сверхновой с помощью компьютера. После ввода данных, полученных в результате наблюдений, компьютерные звёзды разрушаются – и всё. Гравитация заставляет их схлопываться. Мощного взрыва не происходит. И в этом заключается главная тайна сверхновой. Если звезда становится настолько массивной, что разрушается под влиянием собственной гравитации, каким образом ей удаётся взорваться наружу с такой невероятной силой?
Почему одни звёзды становятся сверхновыми, а другие – нет, остаётся загадкой. Предположительно, нам не хватает знаний о том, что происходит внутри умирающей звезды.

9. Откуда исходит свет Вселенной

Большинство из нас, вероятно, думают, что в космосе темно, не считая света, испускаемого далёкими звёздами. Однако во Вселенной гораздо больше света, чем вы можете думать, и нам до сих пор не известны его источники.
Несколько лет назад автоматическая межпланетная станция НАСА «Новые горизонты» покинула Солнечную систему и устремилась вглубь космоса. Учёные попытались отфильтровать все известные источники света, чтобы узнать, насколько яркой является Вселенная сама по себе. В итоге половина света осталась, при этом источники оказались неизвестными.
Возможно, свет – это просто иллюзия; причина, по которой «Новые горизонты» его зафиксировали, заключалась в технических проблемах. Или, может быть, Вселенная на самом деле очень яркая, но мы пока не знаем, почему. В любом случае, сейчас нам известно лишь то, что половина света во Вселенной имеет неизвестные источники происхождения.

8. Что такое тёмная энергия

Когда учёные впервые обнаружили, что Вселенная расширяется быстрее, чем они думали, это вызвало серьёзный вопрос: откуда берётся эта энергия? Расширяющейся Вселенной нужна энергия, и, насколько мы знаем, вокруг недостаточно энергии, чтобы это могло происходить.
Концепция тёмной энергии может объяснить многие тайны Вселенной. Наверняка есть то, что позволяет Вселенной расширяться. И, основываясь на том, что мы знаем о массе Вселенной, этого должно быть невероятно много, но об этом мы расскажем чуть позже.
Таким образом, концепция тёмной энергии – хороший способ объяснить, почему Вселенная расширяется, но проблема в том, что никто не знает, что такое тёмная энергия и откуда она берётся. Это ответ на один вопрос, однако он содержит тайны, которые нам ещё предстоит разгадать.

7. Как образовываются сверхмассивные чёрные дыры

Чёрные дыры – сложная для понимания тема. Благодаря научной фантастике они стали довольно известными, и на базовом уровне большинство людей понимают, что чёрная дыра – это сверхмассивное астральное тело с такой огромной гравитацией, что даже свет не может вырваться наружу. Возможно, вы даже слышали, что чёрная дыра образуется, когда звезда разрушается сама по себе. Но это происходит не всегда.
Сверхмассивные чёрные дыры есть в центре многих галактик, и они соответствуют своему названию. Сверхмассивная чёрная дыра может иметь массу, в десятки миллионов раз превышающую массу Солнца. Таким образом, Солнце не может быть самой большой звездой во Вселенной. Когда разрушается гораздо бóльшая звезда, она может превратиться в большую чёрную дыру, которая с течение времени увеличивается в размерах.
Проблема сверхмассивных чёрных дыр заключается в том, что их масса слишком велика. Исходя из возраста Вселенной и того, что мы знаем о формировании и развитии чёрных дыр, сверхмассивные чёрные дыры просто не имеют смысла. Они не должны становиться настолько большими.
Возможно, они возникли вместе со Вселенной. Или, может быть, они поглощают другие гигантские чёрные дыры и таким образом расширяются. Никто не знает, почему они такие большие или насколько огромными они могут стать.

6. Сколько существует планет, похожих на Землю

В нашей Солнечной системе есть восемь планет (возможно, даже девять, но это только теория). Из них только на Земле есть жизнь. И пока что нам не удалось обнаружить никаких признаков жизни в мирах за пределами нашей Солнечной системы. Но о каком количестве миров идёт речь? Сколько существует планет, на которых потенциально могла бы существовать жизнь?
Наука не может ответить на данный вопрос, поскольку это буквально невозможно при тех технологиях, которыми мы в настоящее время располагаем. Вселенная огромна, около 92 миллиардов световых лет в поперечнике. И это ещё не самое худшее.
У нас нет возможности точно узнать, сколько существует планет, но мы можем выдвинуть некоторые теории. Можно начать с общего предположения о звёздах. У каждой звезды должна быть, по меньшей мере, одна планета. Помните, что у наших звёзд их восемь, так что это очень скромно. Если во Вселенной насчитывается 100 миллиардов галактик, значит, существует до 100 миллиардов планет. Но галактика состоит из множества солнечных систем, и, по оценкам, в каждой галактике насчитывается около миллиарда триллионов звёзд. Мы получили настолько большие цифры, что они едва ли имеют смысл, и никто никогда не использует их в обычной беседе.
Если произвести математические подсчёты, то получается 70 квинтиллионов планет. Это семь с двадцатью нулями. Мы не знаем, сколько из них похожи на Землю. Вполне возможно, что она единственная в своём роде. Однако наука так не считает.
Учёные обнаружили ряд экзопланет, которые отвечают критериям, необходимым для жизни – размер, расстояние от звезды и так далее. Но их очень мало, и по-прежнему нет никаких признаков того, что на них кипит жизнь.

5. Каким будет конец Вселенной

Мы немного знаем о зарождение Вселенной, по крайней мере, о том, что происходило после её возникновения, но будущее ещё более загадочное. Вопрос о том, куда движется Вселенная, остаётся предметом дискуссий на протяжении многих лет, и окончательного ответа пока нет. Одни предполагают, что у Вселенной нет конца. Однако другие считают наоборот.
Одна из наиболее известных теорий, противостоящих Большому взрыву, называется Большим сжатием. Взрыв расширил Вселенную, а сжатие приведёт к тому, что она вернётся к прежним размерам. Вселенная начнёт сжиматься и разрушаться, что, возможно, выльется в ещё один Большой взрыв.
Теория Большого замерзания предполагает, что Вселенная движется к тепловой смерти. В конечном итоге всё обретёт одинаковую температуру, материя и энергия рассеются, и возникнет огромная пустота, близкая к абсолютному нулю.
Ещё одна теория гласит, что тёмная энергия, о которой мы упоминали ранее, может накапливаться быстрее, чем расширяется Вселенная. Со временем у нас будет слишком много энергии, и, как пороховая бочка, она взорвётся, разорвав Вселенную на части в результате Большого разрыва.

4. Почему Солнце такое горячее

Никого не должно удивлять, что солнце горячее. Оно представляет собой огромный огненный шар в небе. Но почему оно такое горячее, как сейчас, остаётся загадкой для науки. Температура поверхности Солнца составляет 5538 градусов по Цельсию. Согласно научным данным, температура магмы в вулкане может достигать 1260 градусов, а кислородно-ацетиленовой горелки – свыше 3300 градусов. Довольно впечатляет, если сравнивать с Солнцем. Но есть ещё солнечная корона.
Солнечная корона, зона вокруг Солнца, полная горящей плазмы, намного горячее, чем поверхность. Её температура может достигать 1,7 миллиона градусов. И это сбивает с толку. Если ядро Солнца – это место, откуда исходит тепло, то почему снаружи горячее? Пока мы не знаем ответа.

3. Что вызывает быстрые радиовсплески

Быстрые радиовсплески – это на удивление быстрые вспышки на космическом экране. Они длятся всего миллисекунду или две, а их источник может находиться далеко за пределами нашей галактики. Это радиоимпульсы неизвестного происхождения, и они озадачивают учёных. Один взрыв, который длится менее миллисекунды, может произвести столько энергии, сколько Солнце будет вырабатывать в течение нескольких дней.
За 20 лет учёные зафиксировали около 1000 таких вспышек, и только 15 из них проследили до галактики, где они появились. Тем не менее, не стоит забывать, что галактики огромны. Мы не продвинулись дальше, поэтому понятия не имеем, откуда берутся эти мощные всплески и почему.
Популярная теория гласит, что взрыв может быть вызван магнетарами, нейтронными звёздами с мощным магнитным полем.

2. Из чего состоит большая часть Вселенной

Если бы вас спросили, из чего состоит большая часть Вселенной, вы наверняка ответили бы, что из материи. И очень сильно ошиблись бы. Считается, что в лучшем случае материя составляет около 10% Вселенной. По некоторым оценкам, она составляет ничтожный один процент.
Остальные 90-99% Вселенной состоят из двух вещей: тёмной энергии и тёмной материи. Если материя составляет 5% Вселенной, то тёмная материя – 25%, а тёмная энергия – 70%. И, как мы уже упоминали ранее, мы толком не знаем, что такое тёмная энергия.
Поскольку мы не уверены в том, что именно представляет собой тёмная энергия, мы понятия не имеем, из чего состоит большая часть Вселенной. Это всё равно, что смотреть на торт со стороны и пытаться угадать, из каких ингредиентов он был приготовлен. Можно сделать несколько обоснованных предположений, но какой из них толк?

1. Что произошло до Большого взрыва

Вселенная, какой мы её знаем, возникла 13,8 миллиарда лет назад в результате Большого взрыва. Науке удалось с достаточной степенью уверенности предположить, что произошло за доли секунды сразу после Большого взрыва. Всё это очень впечатляет и заслуживает изучения, если вам интересно узнать о происхождении буквально всего, что когда-либо существовало. И хотя мы можем выдвигать теории о том, что произошло через секунду после Большого взрыва, попытки выяснить, что было за секунду до него, практически невозможны.
Сама концепция «до Большого взрыва» не поддаётся логике. Думая об этом, вы, вероятно, представляете себе взрыв. И, как и в случае с любым взрывов, который мы можем наблюдать сегодня, это фиксированная точка, которая взрывается. Мы понимаем принцип работы гранаты; она взрывается, и шрапнель разлетается в воздухе. Но Большой взрыв не мог произойти таким образом, потому что он создал Вселенную. Он ни во что не превратился, потому что ещё ничего не было. Пространство расширилось после Большого взрыва. Эта концепция не совсем понятна. Не было ни пустого пространства, ни ожидающей Вселенной. Ничего не было. Или всё-таки было? Мы не можем этого знать.
Была ли Вселенная бесконечной энергией, которая взорвалась? Ваши догадки такие же хорошие, как и у всех остальных. Стивен Хокинг однажды заявил, что не имеет значения, что произошло до Большого взрыва, потому что какое это может иметь значение? С точки зрения того, как сейчас устроена Вселенная, это бессмысленно, поэтому не стоит нашего внимания.