Տիեզերական սիմֆոնիա. Որքան աստղ կա դիտարկելի Տիեզերքում  

Եթե նայենք ամբողջ դիտարկելի Տիեզերքին, որը ձգվում է 46.1 մլրդ լուսատարի բոլոր ուղղություններով, ապա կհայտնաբերենք, որ այդ հսկայական տարածությունում կա մոտ 2 տրիլիոն գալակտիկա։ Ծիր կաթինը` մեր հարազատ գալակտիկան, պարունակում է մի քանի հարյուր մլրդ աստղ, հետևաբար, կարող է տպավորություն ստեղծվել, որ մեր Գալակտիկայում աստղերի թիվը դիտարկելի Տիեզերքում գալակտիկաների թվով բազմապատկելը հրաշալի միջոց է աստղերի ընդհանուր թիվը գնահատելու համար։

Սակայն մեր Գալակտիկան ոչ տիպիկ է, նույն կերպ, ինչպես ոչ տիպիկ է մեր Արեգակը։ PAN-ը պատմում է, թե իրականում քանի աստղ կա դիտարկելի Տիեզերքում` հիմնվելով գիտության պոպուլյարիզատոր Իթան Սիգելի հոդվածի վրա։

Ուր էլ նայենք, որ ուղղությամբ էլ նայենք, կտեսնենք, որ Տիեզերքը լի է աստղերով ու գալակտիկաներով։ Պարզ ու մութ գիշերը մարդկային աչքը կարող է տեսնել դրանցից մոտ 6000-ը, սակայն դա եղածի ընդամենը չնչին մասն է։ Մեր տիեզերական տան` Ծիր կաթին գալակտիկայի տրամագիծը ավելի քան 100 000 լուսատարի է, ու այն պարունակում է մոտ 400 մլրդ աստղ։ Ընդհանուր առմամբ, գալակտիկաների մեր Տեղական խմբում կա մոտ 60 գալակտիկա, որոնցից միայն Անդրոմեդան է ավելի շատ աստղ պարունակում, քան Ծիր կաթինը։

Եթե նայենք տիեզերական ժամանակին ու էքստրապոլացնենք այն, ինչ Տիեզերքում պետք է լինի` հենվելով թե նրա վրա, ինչ մենք կարող ենք տեսնել ու թե նրա, ինչ մենք գիտենք դիտարկման մեր ներկայիս հնարավորությունների սահմաններից այն կողմ ընկած Տիեզերքի մասին, ապա կհայտնաբերենք, որ դիտարկելի Տիեզերքում կա ընդհանուր առմամբ մոտ 2 տրիլիոն գալակտիկա։ Պարզագույն դեպքում կարող եք մտածել, թե պետք է ընդամենը բազմապատկել մեր Գալակտիկայի աստղերի ընդհանուր թիվը դիտարկելի Տիեզերքում գալակտիկաների ընդհանուր թվով` գնահատելու համար աստղերի թիվը, որոնք մենք պոտենցիալ կարող ենք տեսնել ամբողջ դիտարկելի Տիեզերքում։

Սակայն, եթե դուք այդպես անեք, դուք ոչ թե ուղղակի կստանաք սխալ պատասխան, այլև կգերազանցեք աստղերի իրական թիվը հարյուրավոր անգամներ։

Առաջինը, ինչ պետք է հասկանալ, այն է, թե ինչու է Տիեզերքում աստղերը հաշվելու այս միամիտ տարբերակը սխալ։ Ձեր սկզբնական ինտուիցիան, հավանաբար, պետք է ասի. մենք ապրում ենք Ծիր կաթին գալակտիկայում` այստեղ ու հիմա; իսկ Ծիր կաթինում կան աստղեր; մենք կարող ենք գնահատել Ծիր կաթինում աստղերի ու դիտարկելի Տիեզերքում գալակտիկաների քանակը; հետևաբար` անհրաժեշտ է բազմապատկել այս երկու թվերն ու կստանանք դիտարկելի Տիեզերքում աստղերի թվի գնահատականը։

Սակայն այս մեթոդում կան մի շարք ենթադրություններ, որոնք պարտադիր չէ, որ ճիշտ լինեն։ Ենթադրվում է, որ Ծիր կաթինը Տիեզերքում «միջին» գալակտիկայի լավ նմուշ է, չնայած, իրականում, դա այդպես չէ։ Ենթադրվում է, որ աստղերը, որոնք մենք տեսնում ենք Ծիր կաթին գալակտիկայում, խելամիտ «միջինն» են աստղերի համար, որոնք մենք տեսնում ենք Տիեզերքում, սակայն դա ևս այդպես չէ։ Իսկ դա ենթադրում է, որ գալակտիկաները, որոնք մենք հայտնաբերում ենք իրենց կյանքի ամենավաղ փուլերում, որոնք մենք տեսնում ենք այնպիսին, ինչպիսին էին դրանք միլիարդավոր տարիներ առաջ, ունեն նույնքան աստղ, որքան ժամանակակից գալակտիկաները։ Այս ենթադրություններից ոչ մեկը չի համապատասխանում իրականությանը։ Սակայն դա չի խանգարում մեզ ճշգրիտ սահմանել, թե որքան աստղ այսօր կարելի է տեսնել դիտարկելի Տիեզերքում։

Երբ մենք մտածում ենք Տիեզերքի ամբողջ պատմության ընթացքում առաջացած աստղերի մասին, պետք է հաշվի առնենք մի շարք ոչ տրիվիալ հանգամանքներ։ Ի սկզբանե, տաք Մեծ պայթյունի ժամանակ, ընդհանրապես աստղեր գոյություն չունեին. կային միայն բաղադրամասեր տարրական մասնիկների տեսքով, որոնք ի վերջո ձգում էին միմյանց ու կոլապսի ենթարկվում` առաջացնելով աստղեր։ Դա դանդաղ պրոցես էր, որը Տիեզերքից պահանջում էր էվոլյուցիայի ենթարկվել բազմաթիվ իմաստներով։ Պետք է ձևավորվեին ատոմական միջուկները, ինչը տեղի ունեցավ Մեծ պայթյունի առաջին մի քանի րոպեների ընթացքում ու հայտնի է որպես Մեծ պայթյունի նուկլեոսինթեզ։ Հետո Տիեզերքը պետք է բավարար սառչեր, որպեսզի էլեկտրոնները կարողանային կապվել այդ ատոմական միջուկների հետ` ստեղծելով չեզոք ատոմներ. այս պրոցեսն արդեն տևել է մոտ 380 000 տարի։

Անգամ դրանից հետո Տիեզերքը գրեթե իդեալական միատարր էր. այն ծնվել էր ամենուր գրեթե նույն խտությամբ, առավել խիտ ու պակաս խիտ հատվածներում խտության արժեքը տարբերվում էր չնչին չափով։ Անհրաժեշտ եղավ շատ ավելի երկար ժամանակ` տասնյակներից մինչև հարյուր միլիոնավոր տարիներ, որպեսզի այդ ավելի խիտ հատվածներն աճեն այնքան, որ բերեն առաջին աստղերի առաջացմանը։ Ու երբ դա վերջապես տեղի ունեցավ, առաջացած աստղերը նման չէին այն աստղերին, որոնք մենք տեսնում ենք ու գիտենք այսօր։

Առաջին աստղերը չունեին ծանր էլեմենտների բավարար քանակություն, որը թույլ կտար նրանց առաջանալ։ Ծանր էլեմենտները` ածխածինը, թթվածինը, ազոտը, երկաթը, սիլիցիումը և այլն, հիմնական միջոցներն են, որոնք թույլ են տալիս կոլապսի ենթարկվող գազի ամպերին սառչել` ճառագայթելով ջերմություն ու էներգիա։ Սակայն Մեծ պայթյունից անմիջապես հետո նման էլեմենտներ չկային. Տիեզերքը գրեթե ամբողջությամբ բաղկացած էր ջրածնից, հելիումից ու նրանց իզոտոպներից։ Փաստացի, Տիեզերքի ատոմների 99,9999999%-ը (զանգվածով) իրենցից ներկայացնում էին ջրածնի ու հելիումի այս կամ այն վիճակ, իսկ մնացած չնչին մասը բաղկացած էր բացառապես լիթիումից (չնայած, տեխնիկապես, վաղ շրջանում գոյություն ուներ բերիլիումի չնչին քանակություն, որը տրոհվել էր լիթիումի դեռ մինչև առաջին աստղերի առաջանալը)։

Սակայն ջրածինն ու հելիումը ջերմություն ճառագայթելու առումով շատ վատ ատոմներ են։ Փաստացի, այդ վաղ միջավայրում սեփական ջերմությունը սեղմվող գազի ամպին տալու լավագույն միջոցը (կարևոր քայլ այդ գազի սեղմման ճանապարհին, որը բավարար կլինի աստղերի առաջացման համար), հավանաբար, ջրածնի պատահական երկատոմ մոլեկուլներն էին (H2), որոնք, այդուհանդերձ, չափազանց ոչ էֆեկտիվ են ժամանակակից ծանր էլեմենտների համեմատ։

Արդյունքում, առաջին աստղերի առաջացման համար անհրաժեշտ էին շատ մեծ ու շատ ծանր գազային ամպեր, իսկ առաջացող աստղերի զանգվածները շատ ավելի մեծ էին տիպիկ աստղերից, որոնք մենք տեսնում ենք այսօր։ Այն ժամանակ, երբ այսօր առաջացող «միջին» աստղը ունի Արեգակի զանգվածի մոտ 40%-ը, առաջին սերնդի աստղերի «միջին» զանգվածը մոտ տասն անգամ պետք է գերազանցեր Արեգակի զանգվածը։

Եթե ունեք երկու աստղ, բաղկացած նույն էլեմենտներից, որոնցից մեկը մյուսից երկու անգամ ծանր է, ապա ավելի ծանր աստղը մոտավորապես ութ անգամ ավելի պայծառ է լինելու ու կապրի ավելի թեթև աստղի կյանքի 1/8-ը. պայծառությունն ու կյանքի տևողությունը կապված են աստղի զանգվածի խորանարդի հետ։ Երբ մենք խոսում ենք Արեգակից տասն անգամ ծանր աստղի մասին, մենք խոսում ենք Արեգակից հազար անգամ պայծառ աստղի մասին, որի կյանքը կտևի Արեգակի կյանքի տևողության ~ 0.1%-ի չափ, այսինքն` մի քանի մլն տարի` մի քանի մլրդ տարվա փոխարեն։

Կա երեք պատճառ, թե ինչու է դա կարևոր։

Երբ մենք մտածում ենք առաջացած աստղերի ամենաառաջին սերնդի մասին, ապա պետք է խոստովանենք, որ դրանց կյանքը չափազանց կարճ էր ու որ ավելի քան 10 մլրդ տարի առաջ առաջացած այդ աստղերից ոչ մեկն այսօր այլևս գոյություն չունի։

Մենք պետք է նաև խոստովանենք, որ այդ աստղերը ֆունդամենտալ կերպով տարբերվում էին ավելի ուշ առաջացած աստղերից. դրանք ունեին զանգվածի բաշխման բոլորովին այլ սկզբնական ֆունկցիա, ունեին քանակական լրիվ այլ բաշխվածություն։

Միևնույն ժամանակ, մտածելով առաջին սերնդի աստղերի մասին, մենք պետք է գիտակցենք, որ դրանք հիանալի կերպով իրենց շրջակայքն ապահովում էին ծանր էլեմենտների առաջին խմբաքանակով ու որ աստղերի երկրորդ սերունդը, որ առաջացել է առաջինից հետո, բոլորովին այլ էր։

Իսկ արդեն երկրորդ սերնդի աստղերից շատերն այսօր դեռևս գոյություն ունեն, ու ծանր էլեմենտների քիչ քանակություն պարունակող շատ նմանատիպ տարածքներ դեռ աստղեր են ձևավորում։ Ամենահեռավոր գալակտիկաներում ձևավորվող հնագույն աստղերը առայժմ ուղղակի կերպով հայտնաբերված չեն, չնայած հիմքեր կան կարծելու, որ Ջեյմս Վեբի աստղադիտարանը շուտով կփոխի այդ իրավիճակը։ Միաժամանակ, մենք ունենք հիանալի տվյալներ այն մասին, թե ինչպես է Տիեզերքը ձևավորել աստղերի հաջորդող սերունդները։ Բոլոր ուղղություններով ուր էլ նայենք, որտեղ էլ աստղեր ու գալակտիկաներ տեսնենք, կարող ենք հաշվել դրանցում աստղաառաջացման արագությունը։

Աստղագիտական ու աստղաֆիզիկական ամենահրաշալի, սակայն զգալի առումով չհայտարարված ձեռքբերումներից մեկը վերջին տարիներին Տիեզերքի ամբողջ պատմության ընթացքում աստղաառաջացման պրոցեսների էվոլյուցիայի բազմակողմանի ուսումնասիրությունն է։ Երկար ժամանակ մենք քիչ ինֆորմացիա ունեինք այն մասին, ավելացել, թե նվազել է աստղաառաջացումը մեր տիեզերական պատմության ընթացքում, ու ինչ է դա նշանակում Տիեզերքում աստղերի ընդհանուր թվի համար։

2000-ական ու 2010-ական թվականներին գիտության այդ քիչ հայտնի ճյուղը հայտնվեց ուշադրության կենտրոնում, ու 2014-ին հրապարակված նշանակալի հոդվածը թույլ տվեց բացահայտել Տիեզերքում աստղաառաջացման պատմությունը ժամանակի ընթացքում` մեր ժամանակներից մինչև այն ժամանակ, երբ Տիեզերքը ընդամենը ~650 մլն տարեկան էր, կամ իր տարիքի ~5%-ը։

Չնայած մնում է մեծ անորոշություն առաջին մոտ 650 մլն տարիների հետ կապված, լավ լուրեր կան բոլոր նրանց համար, ովքեր ուզում են իմանալ ժամանակակից Տիեզերքում աստղերի թիվը։ Նախ, Տիեզերքում ընդհանրապես առաջացած բոլոր աստղերի 1%-ից զգալիորեն ավելի քիչ մասն է առաջացել այդ ժամանակներում, հակառակ դեպքում միջգալակտիկական միջավայրի չեզոք ատոմները շատ ավելի վաղ ռեիոնիզացման կենթարկվեին, քան մենք դիտարկում ենք։

Երկրորդ, եթե մենք ուզում ենք իմանալ, թե քանի աստղ գոյություն ունի այսօր, ապա այն ամենն, ինչ պետք է անել, դա Տիեզերքի ամբողջ պատմության ընթացքում առաջացած բոլոր աստղերի թիվը գումարելն է, ինչից հետո հանել աստղերի այն չափաբաժինը, որոնք այս պահին արդեն ավարտել են իրենց կենսացիկլը։

Դիտարկելի Տիեզերքում աստղերի քանակի մասին կարելի է տալ երկու հարց։ Առաջինը` քանի աստղ կա դիտարկելի Տիեզերքում. այսինքն, եթե դուք կարողանայիք Տիեզերքում մեր գտնվելու վայրի շուրջ երևակայական գունդ նկարել, որը բոլոր ուղղություններով ձգվում է 46 մլրդ լուսատարի, ու հաշվեիք Մեծ պայթյունից 13.8 մլրդ տարի հետո այդտեղ եղած աստղերի քանակը, ի՞նչ թիվ կստանայիք։ Երկրորդ հարցը` որքա՞ն աստղ է հնարավոր դիտարկել այսօր մեր տեսանկյունից, եթե ունենայինք անվերջ աստղադիտական հզորություն ու զգայունություն. այսինքն, եթե մենք նայեինք բոլոր աստղերին ու գալակտիկաներին այնպիսին, ինչպիսին մենք ենք դրանք այսօր տեսնում, այն լույսով, որը հենց այս պահին ընկնում է մեր աչքերին, ապա քա՞նի աստղ կտեսնեինք։ Այս երկու հարցերի պատասխանները զգալիորեն տարբերվում են միմյանցից։

Առաջին հարցի պատասխանը ավելի հեշտ է, քանի որ այն մեզանից պահանջում է ընդամենը գումարել Տիեզերքի ամբողջ պատմության ընթացքում առաջացած բոլոր աստղերի թիվն ու հանել մահացած աստղերի փոքր տոկոսը։ Քանի որ մեր Արեգակը, որի կյանքի տևողությունը կազմում է 10-12 մլրդ տարի, ավելի ծանր է ու ունի ավելի կարճ կյանք, քան մեր Տիեզերքի աստղերի 95%-ը, ապա մեր շեղումը չի գերազանցի ~5%-ը, եթե ենթադրենք, որ երբևիցե առաջացած յուրաքանչյուր աստղ դեռ կենդանի է։

Եթե դուք նման ենթադրություն անեք, պարզագույն հաշվարկը ցույց կտա, որ դիտարկելի Տիեզերքում կա ընդհանուր առմամբ 2.21 սեքստիլիոն (2.21 X 10^21) աստղ. սեքստիլիոնը միլիոնից հետո վեցերորդ դասի թիվ է, որը գրվում է 1-ով և 21 զրոներով։ Դա մեծ թիվ է. դա մոտավորապես մեկ մլրդ աստղ է մոտ 2 տրիլիոն գալակտիկաներից յուրաքանչյուրի հաշվով, սակայն մոտ 400 անգամ քիչ, քան պատասխանը, որը կստանայիք Ծիր կաթին գալակտիկայի աստղերի թիվը գալակտիկաների թվին բազմապատկելով։

Ծիր կաթինը ավելի խոշոր ու ծանր գալակտիկա է, քան միջին գալակտիկան ճիշտ նույն կերպ, ինչպես Արեգակն է ավելի մեծ ու ծանր գոյություն ունեցող աստղերի ~95%-ից։ Եթե հաշվի առնեք աստղային մահը, ապա կհայտնաբերեք, որ ներկայումս` Մեծ պայթյունից 13.8 մլրդ տարի հետո հաշվվում է մոտ 2.14 սեքստիլիոն աստղ։ Սակայն եթե դրա փոխարեն նայեք Տիեզերքին ժամանակներում, երբ այն ավելի երիտասարդ էր, ապա կպարզեք, որ.

Ժամանակակից աստղերի 98%-ը առաջացել է, երբ Տիեզերքը 12.9 մլրդ տարեկան էր

75%-ը այն ժամանակ, երբ 7.3 մլրդ տարեկան էր

50%-ը` երբ 4.9 մլրդ տարեկան էր

25%-ը` 3.3 մլրդ տարեկան

10%-ը` 2.2 մլրդ տարեկան

5%-ը` 1.7 մլրդ տարեկան

1%-ը` 1 մլրդ տարեկան

0.1%-ը` Մեծ պայթյունից մոտ 500 մլն տարի ու 0.01%-ը` մոտ 200 մլն տարի անց։

Այսօր աստղաառաջացման արագությունը նախկինի խամրած ստվերն է` 10 մլրդ տարի առաջ եղած առավելագույնի միայն 3%-ը։

Իսկ ի՞նչ, եթե դուք ուզում եք իմանալ, թե քանի աստղ կարող եք տեսնել հենց հիմա, անվերջ դիտորդական հնարավորություններով ու առանց սահմանափակումների։ Հիշեք, որ այդ դեպքում, նայելով ավելի ու ավելի հեռավոր հատվածներին, դուք նայելու եք ավելի ու ավելի վաղ անցյալին։ Երբ նայեք գալակտիկային, որը տեսնում եք այնպիսին, ինչպիսին այն 6.5 մլրդ տարի առաջ էր, ապա կտեսնեք աստղերի ~75%-ը, որոնք այդ գալակտիկայում կան Մեծ պայթյունից 13.8 մլրդ տարի հետո։

Կատարելով որոշակի հաշվարկներ, կպարզեք, որ մեր տեսանկյունից կարելի է տեսնել միայն մոտ 8 × 10^19 (80 քվինտիլիոն) աստղ, ինչը Մեծ պայթյունից 13.8 մլրդ տարի հետո դիտարկելի Տիեզերքում գոյություն ունեցող աստղերի միայն 4%-ն է։ Ավելի հետաքրքիր է, որ այն կազմում է ընդամենը 0.01%-ը ահռելի, բայց սխալ թվի, որը կստանայիք ուղղակի բազմապատկելով Ծիր կաթինի աստղերի թիվը դիտարկելի Տիեզերքում գալակտիկաների թվով։ Չնայած մենք դեռ շատ բան ունենք իմանալու ամենավաղ աստղերի ու գալակտիկաների մասին, մենք արդեն գիտենք դրանց մեծամասնության պատմությունը։ Չնայած վերոնշյալ թվերը նույնպես ահռելի են, պետք է հիշել, որ ժամանակակից Տիեզերքի մեծ մասը մեզ համար անհասանելի է ոչ միայն ֆիզիկապես, այլև այն դիտարկելու իմաստով։

✍️ Արման Գասպարյան / PAN