Nasze miejsce we wszechświecie – granice poznanego

Przez długi okres czasu ludzkość nie była pewna, czy istnieje coś poza Drogą Mleczną. Ówczesne teleskopy były w stanie dojrzeć galaktyki, ale powszechnie przyjętym poglądem był ten, który twierdził, że nie są osobnymi galaktykami, lecz mgławicami o spiralnych kształtach, leżącymi w Drodze Mlecznej. Znane jednak były gwiazdy zwane cefeidami. Są one pulsującymi olbrzymami, których jasność jesteśmy w stanie dość łatwo określić. Znajomość dokładnej jasności gwiazdy, z jaką świeci z bliska, pozwala nam również dowiedzieć się jak daleko się ona znajduje na podstawie tego, jak jasna jest na naszym nieboskłonie. W 1924 roku Edwin Hubble przebadał cefeidy znajdujące się w mgławicach spiralnych i dowiódł, iż absurdalne wręcz odległości jakie nas od nich dzielą dowodzą, że znajdują się one tak naprawdę poza Drogą Mleczną.




Galaktyk okazało się być w kosmosie całkiem sporo. Grupa Lokalna, w której się znajdujemy, mimo że zawiera w sobie ich ponad 54, jest wciąż dość mała w porównaniu do niektórych z grup i gromad w naszym sąsiedztwie. Największą z nich jest Gromada w Pannie, która zawiera w sobie około 2000 galaktyk. Gromady w Piecu i Erydanie natomiast, wraz z okolicznymi grupami, tworzą Supergromadę Południową. Dzięki swojej ogromnej masie Gromada w Pannie przyciąga wszystkie pozostałe grupy w jej sąsiedztwie. Omawiamy jednak w tym momencie wszechświat w skali, w której oprócz grawitacji musimy także brać pod uwagę inny potężny efekt – ciągłą ekspansję kosmosu. Z najnowszych wyliczeń dokonanych podczas misji kosmicznej Planck, prędkość z jaką poszerza się przestrzeń, została oszacowana na około 0,000 000 000 000 000 2% na sekundę (~68 km/s/Mpc). Jest to jednak coś niezauważalnego w naszym codziennym życiu. W małych skalach materia przyciąga się tak mocno, że grawitacja szybko nadgania tempo, jakie dyktuje nam wiecznie puchnąca pustka. Jednak w odległościach tak wielkich jak między nami a Gromadą w Pannie, potrafi jej przybywać nawet kilkaset kilometrów na sekundę.

Przez ten potężny efekt nigdy nie złączymy się z wyżej wspomnianą gromadą, i to mimo jej ogromnej masy. Po prostu przestrzeń między nami a nią rośnie w tak zatrważającym tempie, że siła grawitacji nie wystarcza, by nas do siebie zbliżyć. Odkrycia, że kosmos pęcznieje dokonaliśmy w pierwszej połowie XX wieku.
W 1927 roku belgijski katolicki ksiądz Georges Lemaître opublikował swój pomysł na to, że wszechświat się rozszerza. Jednak jego praca została opublikowana po francusku, i to w mało znanym czasopiśmie. Większym echem odbiły się w świecie nauki wyniki badań przeprowadzonych przez Hubble'a.
W 1929 roku przebadał on przesunięcie ku czerwieni i porównał je z wynikami pomiarów innego naukowca – Vesto Siphera. Na skutek tych badań odkrył dziwną zależność - im dalej dana galaktyka się znajduje, tym jej kolor jest bardziej przesunięty ku czerwieni. Wyniki mogłyby wydawać się sprzeczne z intuicją. Dlaczego oddalone obiekty miałyby być bardziej czerwone od tych znajdujących się blisko? Winowajcą jest efekt Dopplera.


Oznacza to, że im dalej znajduje się galaktyka, tym szybciej się od nas oddala i to w kierunku zupełnie przeciwnym od naszego. To tak jakby całe rzesze galaktyk uciekało przez Ziemią! Mieliśmy do wyboru, albo uznać się za pępek świata, albo uznać, że wszechświat rozszerza się we wszystkich kierunkach i każda galaktyka jest ciągnięta w dal od pozostałych. Świat nauki wybrał drugą opcję, nauczony zasadą kopernikańską, która twierdzi, że branie pod uwagę, iż położenie Ziemi jest w jakiś specjalny sposób uprzywilejowane, ma wysokie szanse zwiedzenia nas na manowce.


W największej znanej nam skali wszechświat przypomina gąbkę. Pełno w nim włókien galaktyk, ogromnych supergromad i bezmiernych pustek. W 2014 roku odkryto jeden z takich bytów, w którego centrum usadowiła się wcześniej wspomniana Supergromada w Pannie. Twór ten nosi nazwę Laniakea i zawiera w sobie około 100 000 galaktyk rozpostartych na dystansie 520 milionów lat świetlnych.Odkryliśmy ją dzięki zbadaniu galaktyk w naszej szerszej okolicy i wyeliminowaniu z obliczeń prędkości oddalania się ich od nas na skutek ekspansji wszechświata. Okazało się, że część z nich, łącznie z nami, zmierza w kierunku punktu, który został ochrzczony mianem Wielkiego Atraktora. Prowadzenie jednak jego obserwacji jest utrudnione, ponieważ zasłania nam go nasza własna galaktyka. Laniakea jest nieustannie rozrywana przez rozszerzający się wszechświat, ten proces będzie wciąż przyśpieszał, ponieważ prędkość ekspansji wszechświata ciągle wzrasta – rozwiązanie zagadki dlaczego się tak dzieje wciąż nie jest jasne.



Ostatnie spojrzenie na nas wszechświat. Teoretycznie jesteśmy w stanie zbadać obiekty oddalone od nas o maksymalnie 46,6 miliardów lat świetlnych. Nie jest to limit naszej technologii, tylko praw fizyki – po prostu nic, co moglibyśmy wykryć (łącznie ze światłem), nie zdążyło do nas jeszcze dotrzeć zza tej odległości. W związku z tym, że fale świetlne poruszają się z ustaloną prędkością, nie widzimy wszystkiego tak, jak wygląda w chwili obecnej. Dla przykładu, w związku z tym, że od Księżyca dzieli nas długość 1,28 sekundy świetlnej, detonację bomby atomowej na jego powierzchni dostrzeglibyśmy właśnie dopiero po 1,28 sekundzie. Oznacza to, że Księżyc z Ziemi widzimy zawsze takim, jaki był 1,28 sekundy temu.


Innymi słowy: im dalej patrzymy, tym bardziej cofamy się w czasie. Na obecną chwilę nie jesteśmy w stanie oglądać granic obserwowalnego wszechświata. Sięgamy jedynie do granic widzialnego, który jest około 2% mniejszy. Czym różnią się oba wszechświaty? Obserwowalny sięga czasów Wielkiego Wybuchu, podczas gdy widzialny obejmuje wszechświat od momentu, w którym materia się przerzedziła i zaczęła przepuszczać pierwsze fotony. W związku z tym, że prowadzimy obserwacje docierającego do nas światła, jest to granica nie do przeskoczenia. Jednak w przyszłości może się udać prowadzić obserwacje detektorom fal grawitacyjnych czy neutrin i przedrzeć się przez tę gęstą chmurę plazmy.

I tak, na piątym artykule z serii, dotarliśmy do końca naszej wędrówki. Seria miała na celu ukazać nam nasze miejsce we wszechświecie, tak jak potrafimy wskazać na mapie świata naszą ojczyznę. Drobnymi kroczkami, przyjrzeliśmy się z bliska wszystkim znanym nam planetom z Układu Słonecznego, by następnie wystrzelić się w międzygwiezdne medium, przedzierając się przy tym przez Obłok Oorta i Heliosferę. Zwiedziliśmy naszą gwiezdną metropolię – Drogę Mleczną i dowiedzieliśmy się o jej nieuchronnym losie - kolizji z Galaktyką Andromedy. Po tym wszystkim przyjrzeliśmy się największym znanym kosmicznym strukturom: gromadom, supergromadom i włóknom. By, koniec końców, sięgnąć po niewyraźne granice znanego nam wszechświata.

Ilustracje: 1, 2, 3, 4, 5 i 6 - Kaseton. 7 - NASA/ESA Zdjęcie z teleskopu Hubble'a, 8, 9

Źródła: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10, 11, 12, 13