Сколько звезд во Вселенной?
Глядя в ночное небо, вы можете задаться вопросом, сколько звезд во Вселенной. Для астронома-любителя достаточно сложно подсчитать количество видимых невооруженным глазом звезд, а с большими телескопами становится видно больше звезд, что делает подсчет длительным процессом. Так как же астрономы выясняют, сколько звезд во Вселенной?
«Первая сложная часть — это попытка определить, что означает «вселенная», — сказал Дэвид Корнрейх, доцент колледжа Итака в штате Нью-Йорк. Он был основателем службы «Спроси астронома» в Корнельском университете.
«Я не знаю [ответа], потому что я не знаю, бесконечно велика Вселенная или нет», — сказал он. Наблюдаемая Вселенная, похоже, уходит назад во времени примерно на 13,8 миллиарда лет, но за пределами того, что мы можем видеть, может быть гораздо больше. Некоторые астрономы также считают, что мы можем жить в «мультивселенной», где могут быть другие вселенные, подобные нашей, содержащиеся в каком-то более крупном объекте.
Самый простой ответ может состоять в том, чтобы оценить количество звезд в типичной галактике, а затем умножить это на предполагаемое количество галактик во Вселенной, согласно Европейскому космическому агентству (ESA) (opens in new tab). Но даже это сложно, так как некоторые галактики светятся лучше в видимом, а некоторые в инфракрасном, например. Существуют также препятствия для оценки, которые необходимо преодолеть.
По данным журнала Nature (opens in new tab), в октябре 2016 года изображения глубокого поля, полученные космическим телескопом Хаббла, показали, что в наблюдаемой Вселенной насчитывается около 2 триллионов галактик, или примерно в 10 раз больше галактик, чем предполагалось ранее. В электронном письме с Live Science ведущий автор Кристофер Конселис, профессор астрофизики Ноттингемского университета в Соединенном Королевстве, сказал, что в средней галактике насчитывается около 100 миллионов звезд.
Однако телескопы могут не увидеть все звезды в галактике.Оценка 2008 года, проведенная Слоановским цифровым обзором неба (открывается в новой вкладке) (который каталогизирует все наблюдаемые объекты на трети неба), обнаружила около 48 миллионов звезд, что составляет примерно половину того, что астрономы ожидали увидеть. Звезда, подобная нашему Солнцу, может даже не появиться в таком каталоге. Итак, многие астрономы оценивают количество звезд в галактике, исходя из ее массы, что имеет свои трудности, поскольку прежде чем делать оценку, необходимо отфильтровать темную материю и галактическое вращение.
Статьи по Теме
Такие миссии, как миссия Gaia, космический зонд Европейского космического агентства, запущенный в 2013 году, могут дать дополнительные ответы. Gaia стремится составить точную карту около 1 миллиарда звезд Млечного Пути. Он основан на предыдущей миссии Hipparchus, которая точно определила местонахождение 100 000 звезд, а также нанесла на карту 1 миллион звезд с меньшей точностью. По данным ЕКА, данные миссии должны быть опубликованы в июне 2022 года (открывается в новой вкладке).
«Gaia будет отслеживать каждую из своих 1 миллиарда целевых звезд 70 раз в течение пятилетнего периода, точно определяя их положения, расстояния, движения и изменения яркости», — говорится на веб-сайте ЕКА (открывается в новой вкладке). «В совокупности эти измерения создадут беспрецедентную картину структуры и эволюции нашей галактики. Благодаря таким миссиям мы на один шаг приблизились к более надежной оценке часто задаваемых вопросов: «Сколько звезд в нашей галактике?» Вселенная?'"
Наблюдаемая вселенная
Даже если мы сузим определение до «наблюдаемой» Вселенной — того, что мы можем видеть, — оценка количества звезд внутри нее требует знания того, насколько велика Вселенная. Первая сложность заключается в том, что расширяется сама Вселенная, а вторая сложность заключается в том, что пространство-время может искривляться.
Возьмем простой пример: свету от самых удаленных от нас объектов потребовалось бы примерно 13,8 миллиардов световых лет, чтобы добраться до Земли, принимая во внимание, что самые молодые объекты были бы скрыты, потому что свет не мог распространяться в ранней Вселенной. Таким образом, радиус наблюдаемой Вселенной должен составлять 13,8 миллиарда световых лет, поскольку свету остается только столько времени, чтобы добраться до нас.
Или должно? «Это логичный способ определения расстояния, но не то, как релятивист определяет расстояние», — сказал Корнрайх. Релятивист будет использовать такое устройство, как измерительная линейка, измеряя расстояние вдоль этого устройства, а затем растягивая его на необходимую длину.
Это дает другой ответ, который некоторые источники определяют как радиус 48 миллиардов световых лет. Однако источники различаются по этому числу. Это потому, что пространство-время может искривляться. Поскольку наблюдатель производит измерения с помощью измерительных стержней, свет распространяется в то же время и влияет на измерения.
Наблюдения за галактикой
По данным Гарвардского и Смитсоновского центра астрофизики, звезды легче подсчитывать, когда они находятся внутри галактик, поскольку именно там они имеют тенденцию к скоплению. Чтобы даже начать оценивать количество звезд, вам нужно будет оценить количество галактик и получить какое-то среднее значение.
По некоторым оценкам, масса звезды Млечного Пути составляет 100 миллиардов «солнечных масс», или в 100 миллиардов раз больше массы Солнца. Если усреднить типы звезд в нашей галактике, это даст ответ примерно в 100 миллиардов звезд в галактике. Однако это может измениться в зависимости от того, сколько звезд больше и меньше нашего Солнца. Кроме того, по другим оценкам, в Млечном Пути может быть 200 миллиардов звезд и более.
Однако количество галактик поразительно, как показали некоторые эксперименты по визуализации, проведенные космическим телескопом Хаббла.Несколько раз за эти годы телескоп направлял детектор на крошечную точку в небе для подсчета галактик, снова выполняя работу после того, как телескоп был модернизирован астронавтами в эпоху шаттлов.
Экспозиция небольшого пятна в Большой Медведице, сделанная в 1995 году, выявила около 3000 слабых галактик. В 2003-2004 годах с помощью модернизированных инструментов ученые изучили небольшое пятно в созвездии Форнакс и обнаружили 10 000 галактик. Еще более подробное исследование в Форнаксе в 2012 году с использованием еще более совершенных инструментов показало около 5500 галактик.
Корнрайх использовал очень грубую оценку 10 триллионов галактик во Вселенной. Умножение этого числа на примерно 100 миллиардов звезд Млечного Пути дает действительно большое число: 1 000 000 000 000 000 000 000 000 звезд, или «1» с 24 нулями после нее (1 септиллион в американской системе счисления; 1 квадриллион в европейской системе). Корнрайх подчеркнул, что это число, вероятно, сильно занижено, поскольку более детальное рассмотрение Вселенной покажет еще больше галактик.
Дополнительные ресурсы
Подробнее об оценке количества звезд в Млечном Пути читайте в этой статье NASA (opens in new tab). Кроме того, вы можете увидеть некоторые из лучших изображений звезд, сделанных Хабблом, в архиве изображений ЕКА (открывается в новой вкладке).
Библиография
«Во Вселенной в десять раз больше галактик, чем думали исследователи». Природа (2016). https://www.nature.com/articles/nature.2016.20809.pdf?origin=ppub (открывается в новой вкладке)
«Sloan Digital Sky Survey показывает нового соседа Млечного Пути» . SDSS (2006). https://classic.sdss.org/news/releases/20060109.virgooverdensity.html (открывается в новой вкладке)
«Звездные скопления». Гарвардский и Смитсоновский центр астрофизики. https://pweb.cfa.harvard.edu/research/topic/star-clusters (откроется в новой вкладке)
«Оазисы в темноте: галактики как зонды космоса». Университет штата Юта (2007 г.). https://digitalcommons.usu.edu (откроется в новой вкладке)
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: community@space.com.
Айлса является штатным автором журнала How It Works, где она пишет о науке, технологиях, космосе, истории и окружающей среде. Проживая в Великобритании, она окончила Стерлингский университет со степенью бакалавра журналистики (с отличием). Ранее Айлса писала для журнала Cardiff Times, Psychology Now и многочисленных научных журналов.
