Teleskopowe spojrzenie w przeszłość

Zajmując się codziennymi sprawami, nie mamy okazji podumać nad milionami niezbadanych światów znajdującymi się ponad naszymi głowami. A musimy sobie uświadomić, iż nieuzbrojone oko ukazuje nam jedynie kropelkę w oceanie kosmicznego ogromu. To, jak niewielka i nieznacząca jest ta kropelka, ujawnia regularnie jeden z najważniejszych przyrządów w historii nauki, czyli Kosmiczny Teleskop Hubble’a.

Miliardy…

Podziwiając rozgwieżdżony nieboskłon, oglądamy tak naprawdę kilkaset, może kilka tysięcy, najjaśniejszych i najbliżej położonych względem nas obiektów. Nie jesteśmy w stanie bez odpowiedniego sprzętu dojrzeć większości gwiazd naszej galaktyki, ani nawet wielu elementów Układu Słonecznego. Najdalej oddalonym od nas punktem, widocznym dla gołego oka, jest sąsiadka Drogi Mlecznej: oddalona o ponad 2,5 miliona lat świetlnych (jakieś 2,5 tryliarda kilometrów) galaktyka Andromedy M31. Tę ledwie zauważalną mgiełkę uważano przez wieki za jedną z wielu mgławic położonych wewnątrz naszej galaktyki. Dopiero w XX wieku udowodniliśmy, iż Andromeda to gigantyczny spiralny dysk, zawierający kilkaset miliardów gwiazd, o rozmiarach zbliżonych do całej Drogi Mlecznej.

Szybko okazało się, że to nie żaden ewenement, a takich wyspowych wszechświatów, znajdujących się poza zasięgiem ludzkiego wzroku, istnieje całe mnóstwo. Problem polegał na tym, że ich jasność wynosiła nawet 30 magnitudo, podczas gdy człowiek przy dobrej pogodzie może oglądać ciała do 6 magnitudo (przy czym, im mniejsza wartość magnitudo, tym większa wielkość gwiazdowa). Obserwatorium na Mount Wilson, wyposażone w teleskop Hookera, odkryło taką ilość galaktyk, że rychło zaczęto je klasyfikować zależnie od kształtów: eliptyczne, spiralne, spiralne z poprzeczką i tak dalej. Różnorodność dotyczyła również ich wielkości: od olbrzymich, kilkunastokrotnie masywniejszych od Drogi Mlecznej galaktyk cD, do stosunkowo niewielkich galaktyk karłowatych. Ile jest ich wszystkich we wszechświecie? Znamy już grubo ponad sto miliardów galaktyk i ciągle odkrywamy nowe.

 … i więcej…

Nawet najpotężniejsze teleskopy położone na Ziemi mają swoje ograniczenia i zrozumiałym było, że dopiero wyjście poza atmosferę pozwoli nam pokonać kolejną granicę. Oczekiwany przełom  nastąpił w roku 1990, wraz z wyniesieniem na orbitę przez NASA, Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Od tamtego czasu, krążący wokół Ziemi HST wykonał setki cudownych fotografii. Ujęcia Filarów Stworzenia w mgławicy Orzeł, Eta Carinae, mgławicy Krab, galaktyki Sombrero – to tylko niektóre, spośród ujęć Hubble’a jakie przeszły do historii astronomii.

Do najważniejszego przedsięwzięcia doszło w roku 1995. Naukowcy wybrali niewielki obszar nieba w konstelacji Wielkiego Wozu, wyglądający na kompletnie pusty dla nieuzbrojonego oka. Hubble miał fotografować to pole przez 10 dni, starając się zajrzeć najdalej jak to tylko możliwe. Efekt zachwycił (bądź przeraził, zależnie od punktu widzenia) wszystkich. Ta niewielka, pozornie jałowa, ciemna plamka, zawierała w sobie ponad trzy tysiące obiektów. Co istotniejsze, niemal każdy z tych punkcików to nowa, pełna własnych gwiazd galaktyka. Każdy świecący element zdjęcia to olbrzymi świat, obdarzony kilkuset miliardami większych bądź mniejszych Słońc. Legendarne zdjęcie ochrzczono mianem Głębokiego Pola Hubble’a.

Ekipa HST nie dała za wygraną i w 2004 wyciągnęła ze swojego sprzętu jeszcze więcej. Tym razem wzięto na celownik opustoszały punkt w okolicach gwiazdozbioru Pieca, a obserwacje w świetle widzialnym uzupełniono dodatkiem podczerwieni. Wykonana fotografia objęła obszar wielkości stanowiący zaledwie skrawek Księżyca w pełni (widzianego z Ziemi), zawierający prawie 10 tysięcy galaktyk. Badania dotyczące przesunięcia elementów zdjęcia w podczerwieni, wykazały, że najdalsze z nich oddalone są o 13 miliardów lat świetlnych. Zdjęcie nazwane Ultragłębokim Polem Hubble’a pod wieloma względami było rekordowe, aż do tego roku.

… i jeszcze więcej!

25 września 2012 opublikowano XDF (eXtreme Deep Field), Ekstremalnie Głębokie Pole Hubble’a. Zasłużony teleskop sfotografował to samo miejsce w konstelacji Pieca, ale jeszcze wnikliwiej. Widocznych na zdjęciu galaktyk jest co prawda mniej, bo obserwacja objęła mniejszy wycinek nieba, ale za to znalazły się wśród nich nowe rekordzistki. Pośród 5,5 tysiąca elementów XDF znajdują się galaktyki wysyłające światło z odległości ponad 13,2 miliarda lat świetlnych. To najdalsze, jak dotąd, spojrzenie ludzkości w głąb wszechświata.

Ekstremalnie Głębokie Pole Hubble’a. Zobacz w lepszej rozdzielczości.

Pola Hubble’a niezmiernie wzbogaciły nasze wyobrażenie o majestacie kosmosu. Ich wartość jest podwójna: nie tylko zademonstrowały ile światów kryje się za zasięgiem naszych oczu, ale również, w pewnym sensie ukazały nam przeszłość. Podziwiając Ekstremalnie Głębokie Pole Hubble’a, dostrzegamy galaktyki powstałe w mniej niż pół miliarda lat po wielkim wybuchu. Ich obraz jest przestarzały, zapewne wiele z nich już nie istnieje bądź wygląda inaczej. Co jeszcze ciekawsze, te niezwykłe fotografie przedstawiają różne stadia ewolucji kosmosu. Uchwycone przez teleskop obiekty znajdują się w bardzo różnych odległościach, co oznacza, że obserwujemy je z niejednakowym opóźnieniem. Na jednym obrazku, możemy więc oglądać rodzące się i zderzające ze sobą młode galaktyki, jak i galaktyki niemal nam współczesne, których światło zostało wyemitowane “zaledwie” kilkaset milionów lat temu.

5,5 tysiąca galaktyk wypatrzono w tak niewielkim wycinku nieba.

Przyszłość należy do Webba

Od dawna wiemy, że wszechświat cechuje się wybitną jednolitością. W którym kierunku nie spojrzymy, ujrzymy powtarzający się schemat: miliony galaktyk pogrupowanych w gromady i supergromady oddzielane obszarami wielkiej pustki. Na drodze do ujrzenia tego wszystkiego stoi jedynie technika – sędziwy teleskop Hubble’a potrzebowałby tysiącleci aby wykonać odpowiednik Ekstremalnie Głębokiego Pola dla całego nieba. Jednak nawet bez tego, możemy być pewni, że ta niezliczona liczba światów gdzieś tam istnieje i dopiero czeka na zbadanie.

Aż nie sposób sobie wyobrazić, co odkryje przed nami nowocześniejszy następca Hubble’a – Kosmiczny Teleskop Webba. Nowy przyrząd ma być wyposażony w lustro trzykrotnie większe od HST, co pozwoli ujrzeć gwiazdy formujące się tuż po wielkim wybuchu. Wystrzelenie Webba na orbitę będzie dla astronomii tym, czym dla fizyki cząstek elementarnych było uruchomienie Wielkiego Zderzacza Hadronów. Tego też wam i sobie życzę.

Polski Hyperloop – rozmowa z Amadeuszem Batheltem Kosmiczna symfonia cz.4: Supersymetria Zanim przyszło SETI…