[Kosmologija]: Tamna strana univerzuma

Međunarodna grupa astronoma pronašla je novi dokaz da."tamna energija" predstavlja najveći deo energije univerzuma

Poslednjih 75 godina astronomi su radikalno izmenili svoju koncepciju univerzuma. Edvin Habl je pokazao 1929. godine da univerzum nije statičan, već se neprestano širi, kao da neka drevna eksplozija još raznosi njegove delove. Ova eksplozija poznata je kao Veliki prasak ili Big Beng. Kosmologija Velikog praska vladala je pedeset godina, sve do skora, kada je svetlo sa udaljene, umiruće zvezde otkrilo da se rubovi univerzuma udaljavaju rastućom brzinom. Izgleda da univerzum raste sve brže i brže, a neka tajanstvena odbojna sila gazi papučicu za gas. Danas astronomi nazivaju ovu silu "tamna energija". "Tamna", jer je za sada ne možemo detektovati, a "energija" pošto se ne radi o masi, koja predstavlja jedinu preostalu opciju. Naučnici smatraju da bi razumevanje "tamne energije" moglo da ih odvede do "konačne teorije univerzuma": sjedinjavanja znanja o svim poznatim silama, od onih koje drže zajedno atome do gravitacije koja oblikuje univerzum. Znači, potrebno je samo definisati tamnu energiju.

Širenje univerzuma otkriveno je zahvaljujući pažljivom proučavanju spektara galaksija. Sjaj bilo koje galaksije predstavlja zbir svetlosti milijarde zvezda koje je sačinjavaju. Zvezdano zračenje određene talasne dužine (frekvencije), odnosno boje, apsorbuju atomi spoljašnjih slojeva samih zvezda. Pomoću tih apsorpcionih spektralnih linija ustanovljeno je da zvezde udaljene milionima svetlosnih godina imaju isti hemijski sastav kao i naše Sunce i njemu bliže zvezde. Habl je otkrio da su spektri svih udaljenih galaksija pomereni prema crvenoj boji, i još čudnije, što je galaksija udaljenija, to je veći crveni pomak njenih spektralnih linija. Stvar je u tome da se prema vrsti pomaka talasne dužine bilo koje linije u spektru u odnosu na laboratorijski standard može odrediti brzina kretanja izvora koji emituje. Drugim rečima, može se odrediti kojom brzinom se izvor približava ili udaljava. Ako se izvor svetlosti približava, spektralne linije se pomeraju prema kraćim talasima, ako se udaljava - prema dužim (Doplerov efekat). Hablovo otkriće je značilo da se sve galaksije udaljavaju od nas, pri čemu brzina kretanja raste u zavisnosti od udaljenosti galaksija. Ajnštajn i većina drugih fizičara pretpostavljali su da će gravitacija usporiti širenje univerzuma.


Tamna energija

Ideja o tamnoj energiji javila se 1998. godine, nakon studija svetla (uz pomoć velikih teleskopa i moćnih računara) sa umirućih zvezda poznatih kao supernove. Supernove spadaju u najsvetlije događaje u kosmosu, tako da se mogu videti sa velikih udaljenosti. Pošto svetlo sa najudaljenijih supernova mora da putuje milijardama godina do sočiva teleskopa, astronomi gledajući u njihove crvene pomake mogu pratiti širenje univerzuma unazad milijardama godina. Na skupu održanom u Vašingtonu pre četiri godine, tim istraživača iz Lorens Berkli laboratorije pokazao je da je svetlo sa veoma udaljenih supernova pomereno manje nego što je predviđeno na osnovu sadašnje brzine širenja. Očigledno, univerzum se širio sporije u prošlosti nego što je to sada slučaj. Brzina širenja se, dakle, nije smanjila, već naprotiv povećala. U isto vreme, jedna druga grupa sa Harvard-Smitsonianovog centra za astrofiziku (upotrebljavajući svemirski teleskop) došla je do istog zaključka. Prema jednoj studiji, kada bi stvarna energetska gustina u univerzumu bila manja od određene vrednosti - kritične gustine, univerzum bi nastavio da se širi zauvek. U slučaju da je stvarna energetska gustina veća od kritične, univerzum bi prestao sa širenjem i krenuo da kolapsira pod uticajem gravitacije.

Astronomi veruju da je stvarna energetska gustina jednaka kritičnoj, i ovo je potvrđeno merenjima mikrotalasne pozadine svemira - zračenja koje je preostalo nakon Velikog praska. Obična materija i tamna materija (materija koju ne možemo videti, ali koja svejedno ispoljava gravitacioni uticaj na zvezde i galaksije) mogu biti odgovorne samo za jednu trećinu kritične gustine. Tamna energija je ime dato preostalim dvema trećinama energetske gustine, iako niko ne zna šta je to. Podaci o supernovama sugerišu da je do ubrzanja širenja došlo pre oko 5 milijardi godina. U to vreme galaksije su bile dovoljno udaljene jedne od drugih da je njihova gravitacija (koja slabi sa udaljenošću) bila prevladana sa relativno slabom, ali konstantno odbojnom silom tamne energije. Od tada, odgurivanje uzrokovano tamnom energijom ubrzava širenja univerzuma, i čini se sada da će ovo širenje da se nastavi beskonačno sve bržim tempom.

Poslednji dokazi dolaze od međunarodnog tima astronoma predvođenog naučnicima sa Mančesterskog univerziteta, koji tragaju za gravitacionim sočivima. Gravitaciono sočivo se javlja kad se svetlo koje dolazi sa udaljenog objekta, kao što je kvazar (ili kvazi-zvezdani objekt, QSO), savija sa gravitacionim poljem drugog objekta na svom putu do Zemlje. Tako npr. usled tog efekta svetlo koje dolazi sa jednog kvazara formira nekoliko slika istog kvazara. Povezivanjem broja otkrivenih sočiva sa poslednjom informacijom o broju galaksija, naučnici su postulirali da je većina energije u univerzumu u nevidljivom, i do sada nepoznatom obliku. Kada se svetlo sa jednog kvazara propusti kroz gravitaciono sočivo stvoreno galaksijom koja mu se našla na putu, nastaju dve ili više slika kvazara, ali ih je teško prepoznati pošto su slike veoma blizu. Tim je zato upotrebio nekoliko najjačih teleskopa na svetu da bi napravio radio slike hiljada udaljenih kvazara. Radio teleskopi mogu pokupiti detalje mnogo puta finije od optičkih, čak i od Hablovog svemirskog teleskopa. Rezultati su pokazali da je oko jedan na svakih 700 udaljenih kvazara izložen efektu sočiva sa galaksijom ispred. Radi proračuna udela tamne energije u univerzumu, kombinovana je statistika gravitacionih sočiva sa poslednjim rezultatima o broju i tipovima galaksija u univerzumu dobijenim sa optičkim teleskopima. Rezultati su sugerisali da oko dve trećine energije u univerzumu otpada na tamnu energiju.

Niko ne dovodi u pitanje činjenicu da je tamnu energiju teško shvatiti. To nije prva neobična ideja koju su naučnici morali da prihvate. Dve generacije ljudi je bilo potrebno sa se prihvati kvantna mehanika. Na neki način ova ideja nije potpuno nova. I sam Ajnštajn je u svoju teoriju opšte relativnosti, preciznije u tzv. kosmološku konstantu, uključio efekt "anti-gravitacije". Ali i Ajnštajn, i mnogi drugi istraživači kasnije, shvatili su ovo kao matematičko sredstvo, koje je imalo vrlo malo veze sa stvarnim univerzumom. Do 1990. godine, niko nije očekivao da bi ovaj efekt mogao ispasti stvaran. Ipak, anti-gravitacija nije pravi način da se opiše tamna energija. Naučnici su već morali da prihvate postojanje "tamne materije", za koju se danas misli da daleko premašuje po sadržaju običnu materiju u univerzumu, ali koja još uvek nije detektovana u laboratoriji. Postojanje nepoznate sile koja upravlja širenjem univerzuma dodalo je samo so na ranu.

Tamna materija

Pre nekih stotinak godina verovalo se da je svemir ispunjen sa supstancom nazvanom luminozni etar. Za ovu misterioznu supstancu, nikad detektovanu u nekoj od laboratorija na Zemlji, mislilo se da objašnjava kako gravitacija sa jednog nebeskog tela može delovati na drugo. Do kraja 19. veka luminozni etar prošao je put bezbrojnih drugih pogrešnih naučnih tumačenja. Danas, druga misteriozna supstanca zabavlja naučnike. Naziva se tamna materija, a astronomi smatraju da je ima više od obične materije. Za njeno postojanje se zna već oko 25 godina, ali još uvek nije definisana.

Kad je nisu videli, kako naučnici znaju da uopšte postoji? Odgovor dolazi od opservacija kretanja zvezda i galaksija, studija koje sežu više od 50 godina unazad. Unutar spiralnih galaksija pojedine zvezde i oblaci gasa orbitiraju brže nego što bi trebalo, ako se uzme u obzir da su pod uticajem gravitacije samo vidljive materije galaksije. Isto važi i za klastere galaksija. Kretanje pojedinih galaksija ne može se objasniti sa gravitacijom tela koja vide astronomi. Da bi ovo objasnili, astronomi su zaključili da su galaksije okružene sa ogromnim prstenom različite, ali nevidljive vrste materije. Ova tzv. tamna materija je nevidljiva pošto ne zrači. Ali ima masu, što znači da može dati dodatnu gravitaciju neophodnu da galaksije ili klastere galaksija drži zajedno. Možda to i nije tako. Možda zakon gravitacije Isaka Njutna zahteva reviziju. Astronomi smatraju da je tamna materija manje od dva zla. Iako astronomi ne mogu da vide tamnu materiju direktno, mogu da posmatraju njene efekte promatrajući klastere galaksija koji deluju kao gravitaciona sočiva.



Gravitacija ovih klastera prelama svetlost koja dolazi sa udaljenih galaksija, na isti način kao optička sočiva. Analizom efekata ovih pojava kompjuterskim modelovanjem, naučnici su odredili masu ovih klastera i našli da tamna materija mora biti obilna. U stvari naučnici veruju da u univerzumu postoji toliko tamne materije da prevazilazi normalnu sa odnosom od možda 10 prema jedan. Da se tamna materija može videti, najveći broj galaksija, uključujući Mlečni put, bio bi 10 puta veći nego što se vidi u teleskopu. Svi objekti u univerzumu, zvezde, galaksije, planete, magline, su samo mali deo onoga što u njemu postoji. Za sada, naučnici mogu samo da teoretišu šta bi mogla da bude tamna materija. Da li se radi o nekoj vrsti (ili o nekoliko vrsta) podatomskih čestica, koje su mogle nastati u ranom univerzumu na veoma visokim temperaturama.

Sve u svemu, većina teoretičara veruje da tamna materija i tamna energija obuhvataju više mase/energije u univerzumu nego sve ostale stvari, koje mogu da se vide. Što se njihovog tumačenja tiče, Ajnštajn je jednom rekao: "Mašta je važnija od znanja.".

Oliver Terzić

---