TEMA BROJA

Priredila: Ilijana Jakšić Pavlović

Daleki svemir / Galaksije na kraju univerzuma

Savršena „oluja događaja“

Najudaljenije galaksije ne samo da su neke od najstarijih, već takođe predstavljaju izvesnu vrstu„podijuma“ na osnovu koga je ceo kosmos izgrađen. U današnje vreme, dostupne su kompjuterske simulacije koje prikazuju složene strukture kosmičke mreže. Pomoću modela i posmatranjem kosmičkih mreža, istraživači su dobili uvid u strukturu i evoluciju prvobitnog univerzuma. U stvari, kosmos je toliko velik da se zumiranjem najudaljenijih galaksija ne samo vidi njegova prostranost već se i ispituje njegova prošlost.

Jedan od osnovnih a ipak veoma moćnih principa fizike je postojanje univerzalnog limita brzine, koje iznosi 299.792 km/sec. Ni brzina svetlosti nije veća od toga. Što se većeg dela čovekove istorije tiče, brzina svetlosti nije igrala neku posebnu ulogu. Ali, u toku razvoja i unapređivanja teleskopa koji zaviruju sve dublje i dublje u svemir, ljudi su postali svesni činjenice da je astronomska brzina svetlosti dovedena u pitanje astronomskim udaljenostima svemira.  
Putovanje svetlosti kroz Univerzuum toliko dugo traje da, prilikom posmatranja galaksije koja je smeštena pored ivice kosmosa, ona izgleda kao pre više od 13 milijardi godina. Pomoću modernih teleskopa, ljudi mogu da zavire nazad kroz vreme da bi videli kako je univerzum izgledao ubrzo nakon formiranja nekih od najstarijih galaksija. Štaviše, za samo nekoliko godina, možda ćemo videti i formiranje prvih galaksija.
Godine 2016, astronomi su objavili da je otkrivena najdalja galaksija ikada viđena. Umetnuta slika udaljene galaksije, GN-z11, pokazuje kako je ona izgledala samo 400 miliona godina nakon Velikog praska. Mada je GN-z11 prepuna jarkih, mladih, plavičastih zvezda, ona se čini crvenom jer je ekspanzija kosmosa bitno uticala na svetlost galaksije. Ta pojava se naziva crveni pomak. Reč je o porastu talasne dužine elektromagnetnog zračenja koji je uzrokovan širenjem svemira.

Vangalaktičko obaranje rekorda

Titula za najstariju i najdalju galaksiju u današnje vreme prelazi „iz ruke u ruku“. Trenutno pripada galaksiji koja se naziva GN-z11 a postojala je pre 13,4 milijardi godina. Daleka galaksija je prvi put opisana 2016. u časopisu The Astrophysical Journal kao i njena udaljenost od neverovatnih 32 milijarde svetlosnih godina. Ta ekstremno velika udaljenost je moguća zahvaljujući tome što se svemir stalno širi.
Sprovođenjem spektroskopskih merenja GN-z11 svemirskim teleskopom „habl“, astronomi poput Garta Ilingvorta, saUniverziteta Kalifornije, Santa Cruz, osvrnuli su se na period kada je svemir bio star svega 400 miliona godina, što je samo 3 procenta njegove sadašnje „starosti“. Ilingvort i njegove kolege su bili iznenađeni što je galaksija GN-z11 izbacivala pregršt užarenih, mladih i masivnih zvezda i to 20 puta više od naše galaksije. Ilingvort kaže da je jedna od najfascinantnijih stvari u vezi sa GN-z11 to što je neočekivano sjajna i velika za galaksiju svoga vremena. Još uvek nije poznato zašto je tako. Iako su astronomi i ranije mislili da su mlade galaksije bile poput suda za užarena sjajna nebeska tela, oni nisu očekivali da otkriju toliko zvezda u tako ranom periodu.
Ilingvort objašnjava ovu priču kao savršenu „oluju događaja“. Oblaci pređašnjeg gasa (od čega su velika većina azot i helijum) sudaraju se jedan s drugim. Sjajne, masivne zvezde formiraju se u okviru gasa siromašnog metalima. Snažni udari u vidu talasa pulsiraju kroz sam gas. Sve to uzrokuje formiranje novih zvezda u eksplozijama koje daju dramatične, kompaktne, plave aglomeracije zvezda koje poimamo kao „prve galaksije“.  Međutim, Ilingvort brzo dodaje da čak ni ekstremno daleka galaksija kao što je GN-z11 nije najstarija. Iako puno toga možemo da naučimo o istoriji svemira izučavanjem specifičnih galaksija blizu kosmičke ivice, kao što je GN-z11, pojedine informacije dobijamo od proučavanja pojedinačnih slučajeva. Istraživanje obaranja rekorda nije gubljenje vremena ali najviše znači za proučavanje galaktičkih masa.

Ispitivanje kosmičkog horizonta

Početkom 1996, „habl“ je napravio svoje prve čuvene slike dubokog polja (Hubble Deep Field North - HDF-N), što je pomoglo da se utemelji put ka istraživanju ekstremnih daljina. Teleskop se fokusirao na jedan manji, specifično „prazan“ nebeski region u konstelaciji Ursa Major, u trajanju od ukupno 100 sati. Revolucionarni snimak je zapanjio i oduševio i javnost i naučnike, a u različitim radovima je korišćen preko hiljadu puta. Na snimku HDF-N vidi se skoro tri hiljade malih galaksija, raznih oblika: od spiralnih preko nepravilnih i eliptičnih. Sve one spakovane su u sićušno polje koje zauzima samo promil neba. Na osnovu podataka dobijenih sa snimka, astronomi su procenili da su se prve galaksije sudarale mnogo češće nego što je to danas slučaj. Tokom vremena, drugi su se pridružili svemirskom teleskopu „habl“ u potrazi za najudaljenijim objektima u svemiru.  Projekat javnog istraživanja Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS), na primer, bio je spona između NASA-e i Evropske svemirske agencije (ESA) koja je kombinovala podatke sakupljene sa različitih talasnih dužina, dobijene pomoću najmodernijih teleskopa agencije. U to spadaju Nasin„čandra“ (X-ray), „habl“ (ultraljubičasti, optički, blisko-infracrveni), i „spicer“ (infracrveni) svemirski teleskopi; ESA-in„herschel“ (daleko-infracrvena, submilimetar) i„XMM-Njuton“ (X-ray) teleskopi. Istraživanje se završilo 2010. a pomoglo je astronomima da istraže mnoštvo primordijalnih galaksija do crvenog pomaka 7, omogućujući im da se fokusiraju na galaksije koje su postojale u prvih milijardu godina postojanja kosmosa.
Međutim, astronomi su zacrtali putovanje u još dublju prošlost. Novi istraživački projekat BUFFALO (Beyond Ultra-deep Frontier Fields and Legacy Observations) započinje misiju koja će pomoću šest galaktičkih klastera da unapredi „hablove“ već impresivne sposobnosti pomoću fenomena poznatog kao gravitaciono sočivo. 
Ovih šest BUFFALO klastera srednje klase imaju masivne gravitacione „bunare“ koji služe kao „prirodni teleskopi“ i uveličavaju svetlost koju emituju udaljene supernove, kvazari i galaksije. Korišćenjem klastera kao uveličavajućeg stakla iliti lupe, ovim programom se pravi osvrt na objekte koji su postojali pre 13 milijardi godina, što odgovara crvenom pomaku 8. U stvari, cilj istraživanja je da se utvrdi koliko su se brzo mlade galaksije formirale nakon Velikog praska; potom, da se istraži na koji je način nastanak prvih galaksija povezan s distribucijom tamne materije u svemiru, i na kraju da se identifikuju budući ciljevi kao nastavak svemirskog teleskopa „Džejms Veb“ (JWST), koji samo što nije lansiran.
Posle više od 20 godina, prva „hablova“ slika dubokog polja ostaje jedna od najimpresivnijih slika u istoriji astronomije. Iako je fokusirana na sićušno parčence neba, slika prikazuje najmanje 1500 galaksija koje se prostiru do skoro vidljivog horizonta svemira. Uprkos važnosti posmatranja udaljenih galaksija, čak i u velikim brojevima, prvi snimci Univerzuuma ne mogu nam otkriti sve što želimo da znamo o beskrajnom svemirskom prostranstvu. Međutim, iz te istorijski gledano najudaljenije tačke, astronomi mogu da u potpunosti razumeju ogromni kosmički pejzaž prvobitnog svemira. Mlade, sjajne galaksije u kojima su nastajale zvezde deluju kao ulične svetiljke pomoću kojih istraživači mogu da mapiraju prvu galaktičku populaciju. To im omogućava pogled na kosmičku mrežu iz ptičije perspektive.

Odmotavanje klupka 

U proteklih nekoliko decenija, opsežna istraživanja galaksija i napredne kompjuterske simulacije pokazale su da je materija u svemiru koncentisana duž složene mreže međusobno povezanih niti i čvorova, poznatih po nazivu kosmička mreža. Izuzetna gravitacija galaksija, galaktički klasteri, kao i galaktički superklasteri (čiji je oslonac tamna materija) formiraju čvorove gigantske mreže, dok tanke niti neutralnog vodonika (i još mnogo tamne materije) koji su preostali nakon formiranja svemira povezuju galaktičke raskrsnice.
Najraniji dokazi o masivnim kosmičkim strukturama koje po veličini dominiraju nad superklasterima prvi put su se pojavili u kasnim 1980-tim kada je otkriven kompleks superjata Pisces-Cetus. Ovaj skup superklastera, koji obuhvata naš Virgo Superklaster, otprilike je širok 150 miliona a dugačak čak  milijardu svetlosnih godina. Tokom 1990-tih, astronomi su nastavili da otkrivaju sve veće i veće strukture. Tako je 2003. godine astronom s privatnog istraživačkog univerziteta Prinston. zajedno sa svojim kolegama, pomoću podataka Sloanovog digitalnog istraživanja neba (SDSS) identifikovao jedno od najvećih obeležja svemira koje se ikad moglo zapaziti - Sloanski veliki zid  (SGW). Ova ogromna nit kosmičke mreže, koja se prostire preko sazvežđa Kentaur, Gavran i Hidra, otprilike je udaljena 1,4 milijarde svetlosnih godina od Zemlje. Iako studija iz 2011. daje dokaze da se zid u stvari sastoji od tri različita dela, ako je u pitanju ista struktura, svakako se nalazi u 10 najvećih povezanih struktura u svemiru.
U periodu koji je usledio nakon što su prvi put uočene koherentne strukture udaljene milijardu svetlosnih godina, kosmička mreža je postala jedan od fundamentalnih principa kosmologije. Uprkos tome, astronomi još uvek ne znaju puno toga o složenim karakteristikama ili arhitekturi nebeskog prostranstva. U istrazi, oni se oslanjaju na kompjuterske simulacije s najnovijim modelima, praveći virtuelni univerzum, da bi kasnije poredili te simulacije sa informacijama iz realnosti. Međutim, u današnje vreme istraživači skupljaju sve više konkretnih dokaza o samoj kosmičkoj mreži.
Ekipa astronoma, na čelu sa Sebastijanom Kantalupom, sa Univerziteta Kalifornije, Santa Kruz, je 2014. napravila je presedan korišćenjem udaljene svetlosti kvazara kako bi se ispitala struktura kosmičke mreže. Kvazari, ekstremno blještavi kosmološki izvori elektromagnetnog zračenja, jezgra aktivnih galaksija čije su pogonsko gorivo supermasivne crne rupe, povremeno mogu toliko jako da sijaju i da obasjavaju niti prvobitnog vodonika koji sačinjava kosmičku mrežu.

Priredila: Ilijana Jakšić Pavlović

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"