Delta mi!

Wkrótce po Wielkim Wybuchu Wszechświat był zupełnie ciemny. Gwiazdy i galaktyki jeszcze nie powstały, a sam Wszechświat wypełniał tylko neutralny wodór, atomy helu oraz niewidoczna ciemna materia. Te kosmiczne mroczne wieki trwały kilkaset milionów lat, aż zaczęły tworzyć się pierwsze gwiazdy i galaktyki. Niestety obserwacje galaktyk pochodzących z tego okresu ewolucji Wszechświata stanowią ogromne wyzwanie, ponieważ ich światło jest wyjątkowo słabe...

W poprzednim stuleciu kosmologia przeszła kilka kryzysów, które diametralnie zmieniły nasze spojrzenie na ewolucję Wszechświata. Autorzy publikacji, która ukazała się w "Nature Astronomy" [1], sugerują, że być może jesteśmy w przededniu kolejnego momentu zwrotnego w kosmologii.

Dwadzieścia lat temu naukowcy zdali sobie sprawę, że Wszechświat nie tylko się rozszerza (to było wiadomo od pierwszej połowy XX wieku, z obserwacji Vesto Sliphera i Edwina Hubble'a), ale że proces ten przyśpiesza. Za obserwacje udowadniające ekspansję Wszechświata Saul Perlmutter, Brian Schmidt i Adam Riess dostali w 2011 roku Nagrodę Nobla.

Tajemnica ciemnej materii fascynuje naukowców od dekad: w latach siedemdziesiątych Vera Rubin zaobserwowała odbiegające od przewidywań zachowanie się krzywej rotacji galaktyki w Andromedzie (M31). Nie da się jej wyjaśnić na gruncie dynamiki Newtona bez uwzględnienia, obok obserwowanych gwiazd, gazu i pyłu, dodatkowego masywnego składnika rozciągającego się daleko poza obszar zajmowany przez materię świecącą. Składnik ten nazywamy halo ciemnej materii.

Kiedy parę lat temu światową gospodarką wstrząsał kryzys finansowy, termin "zbyt wielkie, by upaść" (too big to fail) ponownie zyskał na popularności. Twierdzenie to powtarzało wielu światowych przywódców i szefów banków centralnych, a jego główne przesłanie sprowadza się do tezy, że niektóre instytucje finansowe są zbyt duże i mają zbyt wielki wpływ na rynek, by pozwolić im upaść (zbankrutować). Nikt oczywiście wtedy nie przypuszczał, że podobny termin zostanie użyty kilka lat później do opisania poważnego kryzysu, który nastąpił w sferach raczej odległych od światowej finansjery, bo w sferach niebieskich.

Skończona prędkość światła oznacza, że im dalsze obiekty astrofizyczne obserwujemy, tym są one młodsze. Obecnie przyjęty i potwierdzony przez liczne obserwacje model kosmologiczny, tzw. model Wielkiego Wybuchu postuluje skończony wiek Wszechświata wynoszący około 13,8 mld lat. Można zadać zatem pytanie, czy możemy zaobserwować promieniowanie wyemitowane na początku Wszechświata i zobaczyć sam początek?

W serwisach informacyjnych dosyć regularnie pojawiają się krótkie wzmianki dotyczące osiągnięć w dziedzinie astrofizyki. Dzięki nim dowiadujemy się, że astronomowie z USA, Europy, Japonii - czasem nawet z Polski - odkryli nową planetę, interesującą gwiazdę, może nawet galaktykę. Do informacji dołączone jest zwykle zdjęcie samego obiektu, czasem teleskopu, który zjawisko zaobserwował i... zwykle na tym ciekawość mediów się kończy.

Słynny teleskop kosmiczny Hubble'a agencji kosmicznych NASA i ESA, który w 1990 roku został umieszczony na niskiej orbicie okołoziemskiej 540 km nad powierzchnią Ziemi, wciąż działa i, co więcej, jest w dobrej formie...

Wkrótce po Wielkim Wybuchu, po połączeniu się cząstek elementarnych w lekkie pierwiastki, materia zaczęła się grupować pod wpływem grawitacji w pierwsze gwiazdy. Pierwsze galaktyki pojawiły się setki milionów lat po początku wszechświata, natomiast większe struktury - gromady galaktyk - potrzebowały miliardów lat na uformowanie się w kształcie, w którym są obecnie obserwowane. Jak wcześnie w historii wszechświata powstają jednak te największe elementy kosmicznej struktury?

Większość obiektów, które widzimy na niebie gołym okiem albo za pomocą niewielkich amatorskich teleskopów, należy do naszej Galaktyki - Drogi Mlecznej. Jasny pas, widoczny na niebie w ciemną noc, to jej dysk - zalicza się ona bowiem do kategorii galaktyk dyskowych, a ściślej - spiralnych, najprawdopodobniej z poprzeczką.

Historia wczesnego Wszechświata w telegraficznym skrócie przedstawia się następująco: Wielki Wybuch, inflacja i stworzenie barionów, pierwotna nukleosynteza i w końcu epoka rekombinacji, czyli oddzielenie się światła od materii (wtedy pojawiły się też atomy wodoru i helu)...

Chyba każdy z nas przynajmniej raz w życiu zastanawiał się nad tym, jakie jest jego miejsce we wszechświecie. Z punktu widzenia ludzkości istotne jest pytanie o to, czy jesteśmy w nim sami, czy istnieją inne cywilizacje. A jeśli istnieją, to jak daleko od nas mogą się znajdować i czy komunikacja z nimi będzie kiedykolwiek możliwa.

Gwiazdy, podobnie jak ludzi, można podzielić na pokolenia (populacje). Pierwsze historycznie obserwacje i podział na podgrupy przeprowadził Walter Baade, badając galaktykę M31 (Andromeda).

Niezwykle precyzyjne obserwacje satelity Planck kreślą obraz Wszechświata, w którym głównym składnikiem jest tajemnicza ciemna energia ( całkowitej gęstości masy/energii) oraz równie tajemnicza, nieoddziałująca elektromagnetycznie ciemna materia ; zwykła materia stanowi tylko całkowitej gęstości.

Interpretacja wyników obserwacji wybuchów odległych supernowych typu Ia, uhonorowana w 2011 roku Nagrodą Nobla z fizyki, skłania do melancholijnych rozmyślań. Od pewnego czasu wiadomo bowiem, że widoczne na niebie gwiazdy stanowią tylko niewielki ułamek całej masy/energii znajdującej się we Wszechświecie.

Odległości astronomiczne mierzone są w okolicy Układu Słonecznego w parsekach (lub latach świetlnych), pomiędzy zgrupowaniami gwiazd w Galaktyce - w kiloparsekach, a między galaktykami w Grupie Lokalnej - w megaparsekach. Spojrzenie w jeszcze większej skali wymaga badania poczerwienienia fotonów: od czasów Hubble'a wiemy, że odległe obiekty oddalają się od nas tym szybciej, im dalej od nas się znajdują.

Mierzenie odległości we Wszechświecie nie jest, jak wiadomo, sprawą prostą. Jako że nie da się po prostu przyłożyć do astronomicznych obiektów odpowiednio długiej "linijki", musimy posługiwać się różnymi (czasami nie zawsze stuprocentowo skutecznymi) metodami pośrednimi.

Od wielu już lat trwa nieformalny wyścig do najodleglejszych obiektów Wszechświata. Oznacza to, że zawsze zaciekawienie budzą doniesienia (a najlepiej zdjęcia) dotyczące najodleglejszych galaktyk, kwazarów, najbardziej ku czerwieni przesuniętych widm galaktyk itd.