Joe Monster
Szukaj Pokaż menu
Witaj nieznajomy(a) zaloguj się lub dołącz do nas
…BO POWAGA ZABIJA POWOLI

Nasze miejsce we wszechświecie – granice poznanego

61 713  
349   108  
W poprzednim odcinku przebyliśmy drogę od ramienia Oriona aż do granic Drogi Mlecznej. Dowiedzieliśmy się, jak wielkimi tworami są galaktyki i że ta, w której żyjemy, pewnego dnia zderzy się z jeszcze większą od niej samej - Galaktyką Andromedy.

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.

Zdjęcie z 1923 roku przedstawiające Wielką Mgławicę Andromedy. W prawym górnym rogu gwiazda V1, oznaczona jako VAR. Dalsze badania nad tego typu gwiazdami doprowadziły Hubble'a do opublikowania jego pracy naukowej, dzięki której dowiemy się, że Mgławica Andromedy jest tak naprawdę odrębną galaktyką. [1]


Supergromada w Pannie, w tej skali pojedyncze punkty nie oznaczają już gwiazd, lecz całe galaktyki. Na środku ilustracji Grupa Lokalna, o której była mowa w poprzednim artykule. Znajduje się w niej nasza galaktyka. [2]


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.


Efekt Dopplera jest czymś, czego doświadczamy w życiu codziennym. Zbliżający się
do nas samochód wydaje inny, wyższy dźwięk, niż oddalający się. Spowodowane jest to tym, że gdy pojazd się do nas zbliża, to odległość między rozchodzącymi się w naszym kierunku grzbietami fali się zmniejsza, ponieważ ich źródło porusza się podczas ich wytwarzania. Ten sam efekt tyczy się fal świetlnych. Światło oddalających się od nas
z wielką prędkością obiektów czerwienieje. A zbliżających staje się bardziej błękitne. [3]

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.


Włókna to jedne z największych struktur we wszechświecie, są one ogromnymi nićmi galaktyk, które mogą ciągnąć się nawet przez ponad 450 milionów lat świetlnych. Laniakea, nasza Supergromada Lokalna, jest tutaj zaznaczona na zielono. (Kliknij aby powiększyć)[4]

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.


Układ Słoneczny (gdzie za granicę uznajemy orbitę Plutona) w porównaniu do czarnej dziury znajdującej się w centrum Supergromady w Feniksie, która ma masę 20 miliardów mas Słońca. [5]


Obserwowalny wszechświat to pojęcie oznaczające obszar widzenia z danego punktu
w kosmosie – w naszym wypadku z Ziemi. Nasz obecnie ma średnicę 93 miliardów lat świetlnych. To co znajduje się za jego granicą pozostaje zagadką, ponieważ nic, łącznie
ze światłem z tamtych rejonów, jeszcze do nas nie dotarło. [6]

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.


Światło galaktyki GN-z11, które do nas dotarło, zostało wyemitowane 13,4 miliarda lat świetlnych temu. To oznacza, że widzimy ją taką, jaka była ledwie 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu, miała ona wtedy zaledwie 40 milionów lat – czyli mniej niż Słońce. Galaktyka ta znajduje się teraz około 32 miliardy lat świetlnych od Ziemi. GN-z11 ma tylko 1% masy Drogi Mlecznej, ale za to rodzi nowe gwiazdy około 25 razy szybciej. Obiekt ten znajduje się na granicy dystansu, z jakiego jesteśmy w stanie robić zdjęcia teleskopem Hubble'a. [7]

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.


Zdjęcie wszechświata, gdy był jeszcze wypełniony plazmą. Światło, które do nas dociera
z tego okresu nazywamy mikrofalowym promieniowaniem tła. Jest to zarazem najstarsze światło, jakie jesteśmy w stanie obserwować. Różnica między czerwonymi a niebieskimi obszarami jest tu mocno wyolbrzymiona, w rzeczywistości światło to jest niemal jednolite. [8]


Infografika przedstawiająca historię wszechświata. [9]

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