Strona główna » Newsy » W kosmicznej pajęczynie

W kosmicznej pajęczynie

2008-01-04

W kosmicznej pajęczynie

Galaktyki rozpadłyby się jak domek z kart, gdyby nie ciemna materia, która tworzy wielką pajęczynę oplatającą Wszechświat. To do jej włókien przykleiły się świecące w kosmosie biliony gwiazd - piszą dziś astrofizycy w "Science"

Jeszcze pół wieku temu obraz Wszechświata był całkiem inny. Przestrzeń kosmiczną porównywano do jednorodnego ciasta, w którym jak rodzynki rozmieszczone są gromady galaktyk. Te ostatnie uważano za największe skupiska materii. Nie było powodu sądzić, by gromady układały się w jakieś jeszcze większe struktury, które ciągnęłyby się przez znaczną część widzialnego kosmosu. Ale oczywiście niektórzy uczeni byli gotowi włożyć kij w mrowisko. Na przykład francuski astronom Gerard de Vaucouleurs już w latach 50. zeszłego wieku twierdził, że istnieją łańcuchy gromad i galaktyk, które zwał supergromadami.

Większość astronomów jednak w to wątpiła, gdyż części składowe supergromad byłyby tak bardzo oddalone od siebie, że siła grawitacji nie byłaby ich w stanie ze sobą na trwale związać. Było to też wbrew tzw. hierarchicznemu modelowi tworzenia się galaktyk, który zakładał, że od chwili Wielkiego Wybuchu materia w kosmosie organizowała się "od dołu". Co to oznacza? Najpierw powstała mieszanina wodoru i helu prawie równomiernie wypełniająca przestrzeń. Były w niej jednak drobne, przypadkowe zagęszczenia, do których siła ciążenia przyciągała kolejne porcje gazów. Te małe grudki materii stawały się więc powoli coraz większe niczym rosnąca kula śniegowa. Z nich narodziły się pierwsze, początkowo niewielkie galaktyki. Ale proces wzrostu trwał. Sąsiednie galaktyki przyciągały się, łączyły ze sobą albo tworzyły stada zwane gromadami.

Ojcem tej koncepcji był Jim Peebles, astrofizyk z Uniwersytetu w Princeton w USA. Nie było w niej miejsca na twory większe od galaktyk, bo te po prostu do dziś nie miałyby czasu się narodzić. Poza tym w czasie tego oddolnego organizowania się materii Wszechświat stale się rozszerzał i galaktyki dzieliły coraz większe odległości.

Naleśniki zza żelaznej kurtyny

Tymczasem po drugiej stronie żelaznej kurtyny narodziła się odmienna idea. Jej autorem był Jakow Zeldowicz, jeden z ojców radzieckiej bomby atomowej, ale też twórca rosyjskiej szkoły astrofizyki. Uważał on, że pierwotny gaz podzielił się na wielkie fragmenty, które wkrótce siła grawitacji spłaszczyła do postaci ogromnych ścian materii. To takie twory, które zrazu ochrzczono "naleśnikami", miały dominować we wczesnym kosmosie. Dopiero potem podzieliły się one na mniejsze części, a więc: supergromady, gromady i galaktyki. Niczym ciasto, które zostało rozwałkowane przez grawitację i rozerwane przez puchnącą przestrzeń.

W "odgórnej" hipotezie Zeldowicza najpierw więc tworzyły się wielkie, wszechkosmiczne struktury, a dopiero potem z nich wyłaniały się drobniejsze galaktyki, odmiennie niż w "oddolnym" modelu Peeblesa.

Model Peeblesa był bardziej popularny, ale z czasem coraz więcej obserwacji zaczęło wskazywać na to, że to Zeldowicz ma rację. W połowie lat 80. astrofizycy z Harvardu stworzyli pierwszą trójwymiarową mapę małego wycinka najbliższej nam części kosmosu. Ku ich zdziwieniu galaktyki i gromady nie były przypadkowo rozrzucone. Układały się w długie i wąskie włókna, z których utkane były gęste od gwiazd ściany otaczające bąble pustej przestrzeni. Jedna z takich ścian o szerokości pół miliarda lat świetlnych, zwana Wielkim Murem, jest największą znaną strukturą we Wszechświecie. Trudno o dobitniejszy ślad po jednym z "naleśników" Zeldowicza. Nasza własna Droga Mleczna należy do włókna zwanego Supergromadą Lokalną, która rozciąga się na obszarze setek milionów lat świetlnych.

Kiedy jednak superkomputery stały się na tyle potężne, by przeprowadzić symulację formowania się galaktyk z pierwotnej mieszaniny gazów, okazało się, że żaden z dotychczasowych modeli się nie sprawdza. Pierwotna zupa cząstek była zbyt jednorodna. Początkowe zagęszczenia były zbyt małe, by w ciągu kilkunastu miliardów lat wyłoniły się z nich galaktyki. Także ilość dostrzeganej w teleskopach materii w kosmosie jest za skąpa, by wyjaśnić, skąd się wzięły potężne siły grawitacji zdolne do takiego skupienia i organizowania materii, jakie dziś obserwujemy.

Otacza nas ciemność

Okazuje się, że kluczową rolę odgrywa ciemna materia, w której istnienie przez wiele lat wątpiono. Jeśli się uwzględni jej wpływ, symulacje prowadzą do obecnej struktury Wszechświata. Jest jej dużo: pięć, sześć razy więcej niż znanej nam materii, z której zbudowane są planety, gwiazdy i my sami. Ciemna materia organizowała się i układała w pajęcze nici już wtedy, kiedy składniki naszej materii - protony i elektrony - tuż po Wielkim Wybuchu wciąż kotłowały się w gorącej plazmie (jej ciśnienie niszczyło wszelkie skupiska i nie pozwalało na tworzenie się trwałych zagęszczeń). Stworzyła niewidzialny szkielet, na którym potem zawisły i zaświeciły galaktyki, niczym świecidełka na bożonarodzeniowej choince.

"Science" cytuje Howarda Yee z Uniwersytetu Toronto, według którego "najbardziej ekscytującym zadaniem astrofizyki w najbliższych 15 latach będzie wyjaśnienie, jak powiązać widoczne galaktyki z pajęczyną ciemnej materii". Astrofizycy poszukują np. śladów tej pajęczyny wokół Drogi Mlecznej, która, jak wynika z symulacji, powinna być otoczona przez setki małych, karłowatych galaktyk. Na razie jednak dostrzeżono ich tylko blisko 20.

Astronomowie sporządzają także kompletne mapy coraz większych połaci kosmosu. Na razie największe sukcesy ma zespół Sloan Digital Sky Survey, który za pomocą teleskopu na Apache Point w Nowym Meksyku (USA) skatalogował już blisko milion galaktyk. To wciąż niewielki wycinek widzialnej części Wszechświata, która według zgrubnych szacunków składa się z - bagatela - ponad 100 mld dużych, jasnych galaktyk oraz jeszcze większej liczby mniejszych. Astrofizycy są dziś w sytuacji pierwszych kartografów, gdy na tworzonych przez nich mapach Ziemi przeważały białe plamy. Ale jak optymistycznie komentuje w "Science" Timothy McKay z Uniwersytetu Michigan: - Ten "kosmos incognita" powinien być poznany jeszcze za naszego życia.

AUTOR: Piotr Cieśliński

Źródło: Gazeta Wyborcza