Jak wiele szczegółów zawiera największa mapa kosmosu? Jak udało się zmapować tak ogromne obszary Wszechświata? Jakie były początki kosmicznej kartografii? W tekście postaramy się to wszystko wyjaśnić.
Ogrom Wszechświata potrafi wprawić każdego z nas w osłupienie. Badacze nie ustają jednak w staraniach, które pozwolą nam rozeznać się w nim trochę bardziej. Czy stworzenie mapy kosmosu jest możliwe? Czy da się zmapować cały Wszechświat? Cóż, tak karkołomne zadanie jest poza zasięgiem ludzkości (i raczej nigdy nie będzie), nie stoi to jednak na przeszkodzie w tworzeniu map kosmosu w odrobinę mniejszej skali. Choć w tym przypadku słowo „mniejszej” jest nie do końca na miejscu. Osiągnięcia fizyków i astronomów skupionych wokół projektu DESI już na chwilę obecną są ogromne, a to jeszcze nie koniec badań! O co dokładnie chodzi?
Najdokładniejsza mapa kosmosu – szczegóły projektu
Dark Energy Spectroscopic Instrument, czyli DESI, to nadzieja wszystkich astronomów i fanów kosmosu, która pozwoli znaleźć „punkt zaczepienia” dla naszych obszarów kosmosu znanych nam doskonale (Układ Słoneczny) w znacznie większej perspektywie. DESI jest naukowym przyrządem badawczym, który znajduje się w Kitt Peak National Observatory. Dokładnie jest to spektroskop, którego celem jest prowadzenie przeglądu nieba i katalogowanie odległych galaktyk (choć nie tylko). Projekt jest o tyle ważny, gdyż pomoże on badaczom poznać również historię ekspansji Wszechświata oraz to, jaką rolę odgrywają w tym wszystkim ciemna energia i ciemna materia, które póki co stanowią wielką zagadkę.
Budowa rozpoczęta w 2015 roku nie zajęła wiele czasu – tzw. pierwsze światło zostało zrobione już w 2019. Rozpoczęcie projektu mapowania głębi kosmicznej nastąpiło jednak w drugiej połowie 2020 roku. I trwa w tej właśnie chwili, gdyż koniec projektu zaplanowano na 2026 rok. Co astronomowie planują osiągnąć w przeciągu czterech kolejnych lat? Otóż wiele, dość powiedzieć, że obecnie dokonania DESI stanowią największą, najdokładniejszą mapę Wszechświata 3D, „pokonując” tym samym Sloan Digital Sky Survey (SDSS), czyli inny wielki przegląd nieba.
Choć DESI swoją pracę wykonał zaledwie w 10%, jego wyniki są oszałamiające: dzięki temu projektowi na mapie umieszczono już ponad 8 milionów galaktyk! DESI posiada oszałamiające tempo, w początkowej fazie mapowania katalogowano milion galaktyk na miesiąc. Rzecz jasna, tempo to będzie maleć wraz z coraz odleglejszymi obszarami, jednak według planów, gdy spektroskop ukończy swoje zadanie w 2026, łącznie naniesie na mapę 35 milionów galaktyk.
Będzie to ogromnym źródłem informacji dla astronomów do analizowania, a także największym projektem, którego celem jest stworzenie mapy głębokiego kosmosu. Porównajmy obecne dokonania DESI do tego, co udało się osiągnąć przy wspomnianym już projekcie SDSS. Przegląd nieba Sloan wystartował w 2000 roku, natomiast do roku 2020 udało mu się skatalogować łącznie miliard różnych obiektów. W tę liczbę wchodzi około 4 milionów galaktyk i kwazarów. To, co udało się osiągnąć przez 20 lat funkcjonowania, zostało pobite przez niecały rok pracy DESI. Osiągnięte wyniki cieszą astronomów i podnoszą oczekiwania względem całego projektu, który pozwoli rozszerzyć wiedzę na temat kosmosu.
Sprawdź też: Jak wygląda ziemia z kosmosu? Sprawdź najlepsze zdjęcia. Gdzie je oglądać?
Projekt DESI ma jednak także inne zadania, co w jednym z wywiadów dla BBC zaznaczył profesor Carlos Frenk, kosmolog z Uniwersytetu Durham. Według niego DESI pomoże naukowcom poznać naturę ciemnej energii. Nauczymy się także więcej o ciemnej materii i jej roli w formowaniu galaktyk.
Ciemna materia, ciemna energia – jaki mają związek z kosmologią obserwacyjną?
Czym jednak jest tajemnicza ciemna materia, o której mówi prof. Frenk? Póki co mamy tu więcej niewiadomych niż twardych faktów. Hipoteza wyjaśniająca zakłada, że jest to materia, której wykrycie jest utrudnione. Jej natura polega na tym, że nie emituje sama z siebie, ani nie odbija promieniowania elektromagnetycznego. Jak zatem ją wykryć? Otóż wywierając na nią stosowny efekt grawitacyjny, którego fale zostaną przez nią zaburzone. Według analiz ma stanowić niecałe 28% w składzie Wszechświata (oprócz 68% ciemnej energii i niecałych 5% zwykłej materii, czyli wszystkiego, co jest widzialne).
Ciemna energia nie jest jednak wcale podobna do ciemnej materii. Stanowi lwią część struktury Wszechświata, a według niektórych hipotez odpowiada za jego rozszerzanie się. Postuluje się, że posiada ona odpychający charakter grawitacyjny, który może być odpowiedzialny za ekspansję Wszechświata, z tej racji, że ciemna energia stanowi jego większość.
Choć oba te pojęcia stanowią zagadki dla astronomów, a ich prawdziwe istnienie nie zostało poparte twardymi dowodami, lepsze poznanie ich natury pozwoliłoby odpowiedzieć na wiele pytań. Ostatecznie, problem trapiący naukowców od dziesięcioleci, czyli „dlaczego Wszechświat rozszerza się coraz szybciej” mogłoby doczekać się odpowiedzi.
DESI, mierząc historię ekspansji kosmicznej, wykorzystuje metodę pomiaru tzw. barionowych oscylacji akustycznych. Tłumacząc to zagadnienie, nie będę się zagłębiał w zawiłe aspekty fizyczne, dość powiedzieć, że są to wszelkie wahania widocznej materii, które wywoływane są akustycznymi falami gęstości w pierwotnej plazmie. Polega to więc na mierzeniu oddziaływań, jakie wywierają na siebie bariony (widoczna materia), fotony (światło) oraz ciemna materia. Metoda ta zapewnia astronomom tzw. linijkę standardową, która służy do określania ogromnych odległości w dużej skali. Według wyliczeń fale akustyczne mogą przebyć w pierwotnej plazmie dystans 490 milionów lat świetlnych. Co dzieje się z nimi następnie? Ulegają ochłodzeniu, które wystarcza, by przemienić je w „normalne” atomy.
Sprawdź też: Czy MACS0647-JD to najdalszy znany człowiekowi obiekt w kosmosie?
Jak zatem widać, lepsze poznanie zarówno materii ciemnej, jak i ciemnej energii będą pomocne w zrozumieniu wielu zagadek. Póki co teorie dotyczące obu stanowią bardziej hipotezy, których poparcie wciąż wymaga dowodów. Poznawanie odległych zakątków kosmosu wymagać jednak będzie bliższego poznania tych dwóch wspomnianych stanów.
Pierwsze próby mapowania Wszechświata
Człowiek od dziesięcioleci stara się rozeznać w otaczającym go Wszechświecie. Co ciekawe, pierwszy przegląd nieba został dokonany przez człowieka, który uważał, że nie istnieją inne galaktyki poza Drogą Mleczną! Harlow Shapley, bo o nim właśnie mowa, był jednym z uczestników tzw. Wielkiej Debaty. Starł się on w niej z innym astronomem Heberem Curtisem, w której to błędnie bronił tezy o unikatowości Drogi Mlecznej. Jak wiemy doskonale, Droga Mleczna jest jedna z miliardów galaktyk w kosmosie, sam badacz jednak dokonał potem całkiem interesujących osiągnięć. W latach 1925-1932 pracował przy naniesieniu na mapę 76 tysięcy galaktyk, co jak na tamte lata było ogromną liczbą. Co ciekawe, Shapley był pierwszym, który przedstawił teorię istnienia supergromad galaktyk. Został uhonorowany za swoje dokonania – jego nazwiskiem zaczęto określać Supergromadę Shapleya, czyli największą strukturę koncentrującą wokół siebie gromady galaktyk, jaką znamy w lokalnym Wszechświecie (czyli będącym blisko Drogi Mlecznej).
Kolejne lata przyniosły swoistą stagnację w kwestii kartografii kosmosu. W 1983 roku naukowcy z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics stworzyli mapę, która posiadała niecałe 3 tysiące galaktyk. Pracownicy CfA w kolejnych latach podnieśli ten wynik o 18 tysięcy nowych galaktyk.
Dokonania tych badaczy stworzyły podwaliny pod teorie tzw. wyspiarskiego Wszechświata. Mówi ona o tym, że galaktyki nie są równomiernie rozsiane po kosmosie. Są umiejscowione w ogromnych gromadach, które oddalone są od siebie latami świetlnymi kosmicznej pustki. Tak jak wspomniane wyspy na oceanie.
Jaki kształt ma Wszechświat?
Poznając coraz to więcej galaktyk, kwazarów, czarnych dziur i innych obiektów kosmicznych, wielu naukowców zaczęło się zastanawiać, jaki naprawdę kształt może mieć nasz Wszechświat. Czy jest to kula? Czy może jakiś inny kształt, którego nie jesteśmy w stanie sobie nawet wyobrazić? Kształt Wszechświata ma jednak fundamentalne znaczenie dla jego przyszłości i tego, jaki czeka go los. Co jednak ciekawe, badacze zaznaczają, że wszystko zależne jest od dwóch czynników: jego gęstości całkowitej oraz tempa rozszerzania się.
Pierwszym proponowanym modelem jest właśnie kula. Wszechświat mógłby mieć ten kształt, gdyby jego gęstość byłaby wystarczająca, aby siłą grawitacji pokonać siłę rozszerzania się. Doprowadziłoby to do sytuacji „zwinięcia się” kosmosu w kulę. Taki wszechświat byłby skończony, jednak rzecz jasna nie miałby swoich granic. Niemożliwym byłoby więc dotarcie do „końca” Wszechświata. Hipotetyczny podróżnik mógłby podróżować przez niego w nieskończoność, tak jak statek mógłby płynąć wokół planety, która jest jednym wielkim oceanem.
Sprawdź też: Jak wygląda ewolucja gwiazd? Etapy życia gwiazdy
Co w przypadku, gdy gęstość nie jest w stanie pokonać sił rozszerzających Wszechświat? Wtedy, według hipotez, przestrzeń powinna „wygiąć się” w przeciwnym kierunku. Powstałby wtedy Wszechświat z krzywizną ujemną, który dla obserwatora patrzącego na niego, przypominałby… siodło.
Jednak według najpopularniejszej wśród naukowców teorii Wszechświat jest płaski. Model ten zachodziłby wtedy, gdy gęstość jest odpowiednio wyważona. To znaczy, pozwala ona siłom rozciągającym go cały czas go poszerzać, nie doprowadzając przy tym do żadnego zakrzywienia jego płaszczyzny – ujemnego lub dodatniego. Wszechświat jest zatem płaski, posiada jednak swoje granice, które cały czas prą „do przodu”, doprowadzając do ekspansji.
Jak zatem sobie to wyobrazić? Czy płaski Wszechświat oznacza, że żyjemy w dwóch wymiarach? Czy dla obserwatora z zewnątrz wygląda to tak samo jak wiele różnych płaskich obiektów, które sami spotykamy na co dzień? Tak z pewnością nie jest, istnieją jednak pewne analogie. Niech za przykład posłużą tu dwa statki kosmiczne, które lecą obok siebie w tym samym kierunku, mając nieskończoną ilość paliwa. Przemierzając płaski Wszechświat, nawet po pokonaniu miliardów lat świetlnych, zawsze pozostaną względem siebie równoległe. Jeżeli jednak Wszechświat byłby kulą, wraz z zakrzywianiem się przestrzeni, oba statki zaczną się od siebie oddalać, by następnie spotkać się ze sobą w miejscu, gdzie zaczęła się podróż (po wykonaniu jednej pełnej rundy dookoła). Natomiast w przypadku Wszechświata z krzywizną ujemną – statki rozstaną się i już nigdy nie spotkają, każdy ucieknie w swoim kierunku z racji kształtu oraz otwartego modelu tego Wszechświata.
Interaktywne mapy kosmosu dostępne online
Pragniesz zobaczyć odległe zakątki kosmosu, jednak nie zajmujesz się na co dzień astronomią? Nic straconego! W sieci znajdziesz ciekawe interaktywne mapy, które sprawią, że jednym kliknięciem oddalisz się od naszej planety o setki parseków. Jedną z takich map znajdziesz pod tym adresem, choć polecam również mapę dostępną na stronie NASA. Poznasz dzięki nim najbliższych gwiezdnych sąsiadów naszego Słońca lub dotrzesz tak daleko, aby zobaczyć całą Supergromadę Lokalną. Dużym plusem są stosowne opisy, które zmieniają się wraz ze zwiększającym dystansem – opisują one aktualną sytuację, którą widzisz na mapie.
-75%
Źródło obrazu głównego: photos.lbl.gov
