Czytaj dalej

Od Księżyca dzieli nas 380 tysięcy kilometrów. Od wystrzelonego trzydzieści siedem lat temu Voyagera 1, jakieś 19 miliardów kilometrów. Najdalej położone, widoczne gołym okiem gwiazdy, migają do nas z dystansu ponad 3 tysięcy lat świetlnych (28 biliardów kilometrów!). A co powiecie na wycieczkę do miejsc oddalonych o trudną do wyobrażenia odległość, kilkudziesięciu miliardów lat świetlnych?

W dys­pu­tach nad wiekiem i roz­mia­rami wszech­świata już dawno zamie­ni­li­śmy wszyst­kie setki i tysiące, na miliardy i biliony. Szcze­góły i kon­kretne, zapie­ra­jące dech w pier­siach liczby, odsło­ni­li­śmy jednak dopiero w ostat­nich dekadach. Na dobrą sprawę, jeszcze w latach 90. szacunki na temat wieku wszech­świata oscy­lo­wały w prze­dziale, od 10 do nawet 18 miliar­dów lat. Uczeni byli już pewni, że historia kosmosu jest wie­lo­krot­nie starsza niż dzieje ludz­ko­ści, życia na Ziemi, czy nawet Układu Sło­necz­nego, ale roz­bież­ność rzędu ośmiu miliar­dów lat budziła słuszne kon­tro­wer­sje. Sprawa zrobiła się jeszcze bardziej wsty­dliwa, gdy analiza zdjęć z tele­sko­pów kosmicz­nych wykazała paradoks: niektóre z obser­wo­wa­nych gwiazd wyglą­dały na starsze niż pro­po­no­wane 10 miliar­dów lat. Musia­łyby więc powstać przed wielkim począt­kiem!

Wtem, na naukow­ców spłynęło obja­wie­nie. Co prawda nie w postaci archa­nioła wiesz­czą­cego dobrą nowinę, ale też z nieba. Wystrze­lona w 2001 roku sonda kosmiczna Wil­kin­sona wykonała bardzo dokładną foto­gra­fię mikro­fa­lo­wego pro­mie­nio­wa­nia tła, co pozwo­liło na pre­cy­zyjne zapo­zna­nie się z dzie­ciń­stwem wszech­świata. Nie­zwy­kle czuła apa­ra­tura WMAP reje­stro­wała nawet naj­drob­niej­sze różnice tem­pe­ra­tur. Wszelkie odbar­wie­nia na zielonej mapie, ozna­czały nie­rów­no­ści rzędu setnych części stopnia, które wraz z inflacją wszech­świata rozrosły się wiel­ko­ska­lo­wych struktur – ścian, włókien lub gromad galaktyk. 

Po uzbro­je­niu się w taki arsenał danych – wyko­rzy­stu­jąc wiedzę o geo­me­trii wszech­świata i stałą Hubble’a –astro­no­mo­wie mogli wydać werdykt: 13,74 mld lat. (W roku ubiegłym, w oparciu o infor­ma­cje pocho­dzące z misji Planck, dokonano poprawki: 13,82 mld lat). Idąc dalej, wiedza o czasie jaki upłynął od wiel­kiego wybuchu, pozwo­liła na wyzna­cze­nie roz­mia­rów wszech­świata obser­wo­wal­nego. Obser­wo­wal­nego, czyli takiego wycinka prze­strzeni kosmicz­nej, na którego oglą­da­nie pozwa­lają prawa fizyki. Naj­pro­ściej go sobie wyobra­zić jako kulę z obser­wa­to­rami, czyli nami, po środku. W związku z ogra­ni­czoną pręd­ko­ścią światła, wszystko co leży poza hory­zon­tem naszej kuli, pozo­staje dla nas abso­lut­nie nie­do­strze­galne, nie­za­leż­nie od tego z jak zaawan­so­wa­nego tele­skopu sko­rzy­stamy.

Osoba nie­ma­jąca nic wspól­nego z kosmo­lo­gią, mogłaby na pod­sta­wie powyż­szego wysunąć złudny wniosek, że promień widzial­nego wszech­świata wynosi niecałe 14 miliar­dów lat świetl­nych, a więc otacza nas kula o średnicy około 28 miliar­dów lat świetl­nych. Osoby regu­lar­nie czy­ta­jące bloga, wiedzą dlaczego prosty rachunek, biorący w rachubę wiek wszech­świata i prędkość światła, nie jest poprawny (patrz tekst: Dlaczego wszech­świat ma 92 miliardy lat świetl­nych średnicy?). John Richard Gott zdawał sobie sprawę, że po uwzględ­nie­niu jeszcze jednego współ­czyn­nika, tj. ciągle wzra­sta­ją­cego tempa eks­pan­sji wszech­świata, jego średnica okaże się znacznie większa. Fizyk z Prin­ce­ton wyliczył, że promień obser­wo­wal­nego wszech­świata wynosi 46 miliar­dów, a długość średnicy niecałe 93 miliardy lat świetl­nych. 

Granicę wyznacza mikro­fa­lowe pro­mie­nio­wa­nie tła. Zdjęcie WMAP pre­zen­tuje wszech­świat w zaledwie 380 tysięcy lat po wielkim wybuchu (dlaczego?), a niosące ten wzór fotony musiały przebyć drogę właśnie 46 miliar­dów lat świetl­nych nim wpadły na detek­tory sondy. Panuje prosta zasada: im dalej jest położony obiekt, tym bardziej nie­ak­tu­alny obraz oglądamy. Dlatego też, gdy kosmo­lo­go­wie chwalą się odna­le­zie­niem kolejnej rekor­dowo starej gwiazdy, mają również na myśli rekord pod względem odle­gło­ści.

Zatem, co znaj­dziemy w pobliżu granicy obser­wo­wal­nego wszech­świata?

CFHQSJ2329-0301

Pierwsze z roz­pik­se­li­zo­wa­nych zdjęć zostało wykonane w 2009 roku. Astro­no­mo­wie z hawaj­skiego obser­wa­to­rium na Mauna Kea uchwy­cili obraz aktywnej galak­tyki, liczącej sobie 12,8 miliarda lat. Obiekt CFHQSJ2329-0301 potwier­dził hipotezę, wedle której wiele spośród młodych galaktyk funk­cjo­no­wało jako wyso­ko­ener­ge­tyczne kwazary. Dopiero po wyczer­pa­niu paliwa dla super­ma­syw­nych czarnych dziur (ta napę­dza­jąca CFHQSJ2329-0301 posiada masę około miliarda Słońc) leżących w ich wnę­trzach, galak­tyki uspo­ka­jały się przy­bie­ra­jąc formę podobną do dzi­siej­szych.

z8 GND 5296

Naj­śwież­sze odkrycie, pocho­dzące z paź­dzier­nika 2013 roku. Ekipy z Harvardu i Uni­wer­sy­tetu w Austin oceniły wiek z8 GND 5296 na co najmniej 13,1 miliarda lat. To obraz młodej galak­tyki z wciąż aktyw­nymi pro­ce­sami gwiaz­do­twór­czymi, ujaw­nia­jący jak wyglądał wszech­świat gdy posiadał zaledwie 5% obecnego wieku.

UDFj-39546284

Rekor­dzistka roku 2011, powstała w mniej niż pół miliarda lat po wielkim wybuchu, tj. 13,2 miliarda lat temu. Obser­wa­cji w pod­czer­wieni dokonał Kosmiczny Teleskop Hubble’a, przy okazji pstry­ka­nia kolejnej wersji ultra­głę­bo­kiego pola. Jak powie­dział  John Morse z NASA:  “Po 20 latach od otwarcia oczu na ota­cza­jący nas wszech­świat, Hubble nadal zaska­kuje astro­no­mów”.

MACS0647-JD

Dwa lata temu, połą­czone siły tele­sko­pów kosmicz­nych Hubble’a i Spitzera, pozwo­liły na zło­wie­nie kolej­nego rekordu. Astro­no­mo­wie orzekli, że MACS0647-JD to praw­do­po­dob­nie nie w pełni ukształ­to­wana galak­tyka, która wyemi­to­wała swoje światło 420 milionów lat po wielkim wybuchu, a więc  aż 13,3 miliarda lat temu.

Promieniowanie reliktowe

I wreszcie horyzont obser­wo­wal­nego wszech­świata. Prze­róbka zdjęcia pro­mie­nio­wa­nia relik­to­wego, wyko­na­nego przez WMAP w 2003 roku.

Literatura uzupełniająca:
P. Halpern, Nasz inny wszechświat. Poza kosmiczny horyzont i dalej, przeł. J. Popowski, Warszawa 2012;
L. Krauss, Wszechświat z niczego. Dlaczego istnieje raczej coś niż nic?, przeł. T. Krzysztoń, Warszawa 2014;
NASA’s Hubble Finds Most Distant Galaxy Candidate Ever Seen in Universe, [online: http://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/science/farthest-galaxy.html/].
Autor
Adam Adamczyk

Adam Adamczyk

Naukowy totalitarysta. Jeśli nie chcesz aby wpadli do Ciebie naukowi bojówkarze, zostaw komentarz.