Temna energija in napihovanje vesolja

    Pred dobrim desetletjem je Slavoj Žižek slikovito povzel duha takratnega časa, ko je dejal, da si bistveno lažje predstavljamo konec sveta kot konec politično-gospodarskega sistema, v katerem živimo. To so bila leta, ko smo vsi z navdušenjem prebirali Kratko zgodovino časa britanskega fizika Stephena Hawkinga in si pri tem razbijali glavo, kako je lahko vesolje brez roba in se hkrati še napihuje kot balon. Danes žal Žižkova ugotovitev ne drži več. Že nekaj let se zelo dobro zavedamo, da prevladujoči družbeno-ekonomski sistem ni tako robusten, kot se je morda zdelo takoj po koncu hladne vojne, hkrati pa spoznavamo, da naravno okolje na našem planetu ne bo v nedogled prenašalo vsega, kar z njim počnemo. In tudi predstave o koncu sveta danes niso več take, kot so bile nekoč. Pomembna zasluga za nedavni zasuk v dojemanju zgradbe in razvoja vesolja gre prav dobitnikom letošnje Nobelove nagrade za fiziko.

    Pospešeno napihovanje vesolja

    Kot vsa velika odkritja iz zgodovine znanosti je tudi spoznanje, da se vesolje širi oziroma pospešeno napihuje, znanstvenike presenetilo. Pričakovali so namreč, da se bo hitrost širjenja vesolja s časom zmanjševala, saj naj bi kot zavora delovala gravitacija oziroma medsebojna privlačnost vseh teles, ki imajo maso. Masa, zbrana v zvezdah in galaksijah, naj bi zelo počasi, a vztrajno zavirala napihovanje vesolja, ki se je začelo pred 13,7 milijarde let v eksploziji, ki ji pravimo veliki pok.

    Dobitniki letošnje Nobelove nagrade za fiziko so leta 1998 objavili meritve svetlobe eksplozij zelo oddaljenih zvezd, ki jim pravimo supernove. Ugotovili so, da je svetloba, ki pride do Zemlje s teh umirajočih zvezd, šibkejša, kot so pričakovali. To je pomenilo, da se vesolje razteza vedno hitreje in ne počasneje, kot so napovedovali takratni najverjetnejši kozmološki modeli. Ker je šlo za nenavadne rezultate, so bili astronomi sprva prepričani, da so se pri meritvah nekje zmotili, a se je izkazalo, da so njihovi zaključki povsem pravilni. Dodaten argument za zanesljivost meritev je bilo tudi dejstvo, da sta do enakih zaključkov prišli dve povsem ločeni ekipi znanstvenikov. Predstavo o razvoju vesolja je bilo treba, kot že mnogokrat v zgodovini, ponovno spremeniti.

    Kako meriti razdalje v vesolju

    Merjenje razdalj v vesolju nikakor ni preprosto. Za merjenje največjih razdalj astronomi uporabljajo supernove, ki bi jih lahko opisali tudi kot nekakšne velikanske kozmične katastrofe. Razdaljo do oddaljenega vira svetlobe lahko določimo tako, da ga primerjamo s kakim drugim virom, ki sveti enako močno in katerega oddaljenost poznamo. Če vemo, da opazujemo več žarnic, ki vse svetijo z enako močjo, lahko iz tega, da ene vidimo svetleje kot druge, izračunamo njihove relativne oddaljenosti.

    Eksplozije majhnih zvezd, ki niso dosti večje od Zemlje, hkrati pa imajo maso enako Sončevi, so priročno orodje za merjenje največjih razdalj v vesolju, saj veljajo za enega izmed najsvetlejših dogodkov v vesolju. Posamezna zvezdica te vrste, pravimo jim tudi bele pritlikavke, ob koncu svojega življenjskega cikla, preden se sesuje v nevtronsko zvezdo, nekaj tednov zasveti tako močno kot cela galaksija. Belim pritlikavkam takšna spektakularna predstava uspe, ker se vanje zgrne snov iz sosednje zvezde in pri tem močno zasveti.

    Za merjenje razdalj je pomembno, da vse supernove te vrste svetijo enako močno. Iz izmerjene količine zbrane svetlobe ob opazovanju posamezne supernove tipa Ia lahko tako ocenijo njeno relativno oddaljenost. Ker lahko razdaljo do bližnjih galaksij, kjer opazimo takšne supernove, določimo tudi z drugimi metodami, supernove ponujajo učinkovit način, kako meriti največje razdalje v vesolju.

    Ko eksplodira zvezda

    Vendar iskanje oddaljenih supernov nikakor ni preprosto delo. Astronomi, ki so pravkar prejeli Nobelovo nagrado, so si pred približno dvema desetletjema zadali nalogo, da bodo poskušali najti kar največ oddaljenih supernov tipa Ia. Eksplozije te vrste se v posamezni galaksiji ne dogodijo ravno pogosto. V tipični galaksiji se vsakih tisoč let zgodita le ena ali dve takšni eksploziji, a ker je vesolje velikansko, je njihova pogostost na splošno kar velika. V delu vesolja, ki ga lahko opazujemo, naj bi se vsako minuto zgodilo kar deset eksplozij supernov tipa Ia.

    Če so supernove dovolj blizu, jih je mogoče videti tudi s prostim očesom. Septembra 2011 ste lahko opazovali takšno eksplozijo supernove že z običajnim lovskim daljnogledom na nebu blizu ozvezdja Veliki voz. A večina supernov je zelo oddaljenih in jih zato tudi z najboljšimi teleskopi težko zaznajo. Astronomi so morali biti zato kar iznajdljivi. Sistematično so fotografirali nebo v razmiku treh tednov in natančno primerjali, ali so morda med prejšnjo in zadnjo sliko razlike, ki bi lahko ustrezale pojavu supernove.

    Ko so potencialne supernove na fotografijah našli, so morali še zelo natančno izmeriti količino svetlobe, ki je prišla do Zemlje kot posledica eksplozije umirajoče zvezde. Skrbno je bilo treba odpraviti tudi vse motnje in odšteti svetlobo, ki je izvirala iz galaksije, v kateri so opazili eksplozijo zvezde.

    Raziskava je bila velik zalogaj tudi zaradi logistike, saj se je bilo treba ob zaznavi potencialne supernove zelo hitro odzvati in v ta predel vesolja čim prej usmeriti katerega od velikih teleskopov, da so lahko zbrali ustrezne podatke, saj supernova sveti le kratek čas, nato pa ugasne. Skupaj so tako natančno analizirali približno petdeset oddaljenih supernov tipa Ia, ki so kazale na to, da se vesolje napihuje vedno hitreje, saj je bila njihova svetloba glede na oddaljenost šibkejša, kot so napovedovali prejšnji modeli širjenja vesolja.

    Žalostna usoda vesolja

    A kaj je vzrok temu nenavadnemu pojavu vse hitrejšega napihovanja vesolja? Zadovoljivega odgovora na to vprašanje še nimamo, vemo pa, da takšne antigravitacijske učinke povzroča nekaj, kar so astronomi poimenovali temna energija. Temna energija deluje tako, da galaksije poriva narazen, kar se odraža s tem, da se galaksije vedno hitreje oddaljujejo druga od druge. Po zdaj znanih meritvah sestave vesolja je običajne snovi, iz katere so zgrajeni zvezde, planeti in navsezadnje tudi mi, le za bore 4 odstotke vsega, kar je v vesolju. Večino drugega predstavlja temna energija, ki je je 73 odstotkov, in pa temna snov, ki zapolnjuje preostalih 23 odstotkov vesolja. Če je hipoteza o obstoju temne energije pravilna, potem se bo vesolje vedno hitreje napihovalo in bo nekoč zelo daleč v prihodnosti zelo verjetno postalo precej puščobno in hladno.

    Kako razumeti temno energijo, je danes eno od velikih odprtih vprašanj znanosti. Fiziki se močno trudijo pojasniti, kaj naj bi temna energija sploh bila. Sprašujejo se, ali ne bi za dosego enakih učinkov, kot jih prinese temna energija, raje nekoliko prilagodili Einsteinovih enačb splošne teorije relativnosti, ki sicer zelo dobro opisujejo dogajanje v vesolju ter med drugim pojasnijo tudi napihovanje vesolja.

    Vsi trije dobitniki letošnje Nobelove nagrade za fiziko so še relativno mladi, saj ima najstarejši Saul Perlmutter dobrih petdeset, mlajša Brian Schmidt in Adam Riess pa šele dobrih štirideset let. Riess, najmlajši izmed trojice nagrajencev, ki je pri projektu iskanja oddaljenih supernov sodeloval v okviru svojega podoktorskega raziskovanja, je telefonski klic iz Stockholma prejel, kot je to za Američane običajno, zgodaj zjutraj, a kot pravi, žal ni spal, saj se je tisto noč njegov desetmesečni sin neprestano zbujal in jokal. Schmidtu so se zatresla kolena, ko je med kosilom v Avstraliji po telefonu zaslišal glas s švedskim naglasom, in je moral, da se je sprostil pred množico intervjujev, oditi na krajši sprehod. Med vsemi tremi pa je še posebej srečen Perlmutter, saj mu je poleg denarja in slave pripadlo tudi dosmrtno parkirno mesto v kampusu univerze Berkeley, kar je poseben privilegij, ki so ga deležni samo Nobelovi nagrajenci.

    PUSTITE KOMENTAR

    Please enter your comment!
    Please enter your name here