Jak powstały galaktyki?

Jak powstały galaktyki?

O galaktykach należy wiedzieć, że: (1) zgromadzona jest w nich prawie cała widoczna masa Wszechświata i (2) właściwie to stwierdzenie (1) nie powinno być słuszne. Zagadnienie to znane jest wśród kosmologów jako „problem galaktyk”. I chociaż moje przedstawienie problemu jest nieco swobodne, pytanie dlaczego Wszechświat urządzony jest tak, jak jest, pojawiało się (nie rozwiązane) od długiego czasu. Aby odpowiedzieć na to pytanie, należy zastanowić się nad tym, jak galaktyki mogły powstać w wyniku Wielkiego Wybuchu.

W swoich wczesnych stadiach Wszechświat był zbyt gorący i gęsty, by istniały atomy – w zderzeniach między cząstkami rozpadłyby się prawie natychmiast. Oznacza to, że materię wczesnego Wszechświata stanowiła (podobnie jak na Słońcu) pochłaniająca promieniowanie plazma. Jeśli jakaś część tej plazmy zaczynała gromadzić się w bryłę o rozmiarach galaktyki, chłonęła więcej otaczającego promieniowania i rozwiewała się na wszystkie strony. I tak długo, jak Wszechświat był zbyt gorący dla atomów (a było tak prawie przez pierwszych 500000 lat), galaktyki nie mogły zacząć się tworzyć. Gdy już wszystko ochłodziło się do temperatury, w której mogły istnieć stabilne atomy, Wszechświat stał się przezroczysty dla promieniowania. Kiedy została usunięta przeszkoda w postaci pochłoniętego promieniowania, części materii mogły zacząć pod wpływem siły grawitacyjnej łączyć się ze sobą.

Lecz tu zaczyna się problem. Ponieważ Wszechświat rozszerzał się, bryły materii oddalały się od siebie coraz bardziej, nawet gdy grawitacja usiłowała je skupić. Po czasie potrzebnym na utworzenie się atomów materia była już zbyt rozproszona i za szybko się poruszała, by zgrupować się w galaktyki.

W latach 80. problem ten jeszcze się skomplikował, gdy szczegółowe przeglądy nieba ujawniły, że większa część widocznej materii nie tylko zbiera się w galaktykach, ale galaktyki te grupują się w gromady, a te z kolei tworzą jeszcze większe zgrupowania – zwane supergromadami. Pomiędzy supergromadami występują przestrzenie zwane pustkami. Wydaje się nam obecnie, że Wszechświat przypomina mydlaną pianę – materia zgromadzona w super-gromadach to błonka, a pustki stanowią wnętrza baniek. Jeśli jednak materia nie mogła w czasie Wielkiego Wybuchu zebrać się w galaktyki, to tym bardziej nie mogła utworzyć o wiele większych gromad i supergromad.

Dzisiaj występują dwa podstawowe sposoby podejścia do problemu powstawania galaktyk: teoretyczny i obserwacyjny. Pierwszy koncentruje się na znalezieniu jakiegoś sposobu obejścia tego dylematu, zwykle za pośrednictwem substancji, której istnienie nie zostało dotychczas potwierdzone, takiej jak ciemna materia. Podejście obserwacyjne nie zważa na trudności teoretyczne i skupia się na poszukiwaniu odległych galaktyk. Ponieważ światło od tych galaktyk biegło do nas przez miliardy lat, jest nadzieja, że w końcu ujrzymy galaktykę w trakcie powstawania. Obserwatorzy przekonują, że mając takie wytyczne, teoretycy będą w stanie odpowiednio sprawy uporządkować.

Jak z tego wynika, najbardziej rozpowszechnione podejścia teoretyczne dotyczą ciemnej materii. Ciemna materia przypuszczalnie nie oddziałuje z promieniowaniem i mogła się gromadzić pod wpływem grawitacji, zanim powstały atomy. W scenariuszach z ciemną materią, gdy Wszechświat stał się już przezroczysty, świecąca materia została ściągnięta do środka utworzonych wcześniej koncentracji ciemnej materii. Wzajemne przyciąganie grawitacyjne pomiędzy cząstkami widzialnej materii nie odgrywało roli – ważne było przyciąganie ciemnej materii.

W zależności od własności, jakie przypisze się ciemnej materii w tego typu teoriach, mogły rzeczywiście powstać galaktyki, gromady i supergromady.

Podczas gdy teoretycy śledzą, jak ich komputery generują różne możliwe wszechświaty, astronomowie obserwatorzy usiłują dostarczyć danych, które scharakteryzują nasz Wszechświat. Gdy patrzymy na odległe obiekty, spoglądamy jednocześnie w przeszłość. Odległe obiekty są jednak bardzo słabe, co czyni, że takie poszukiwania są niezwykle trudne. Przez długi czas najbardziej odległymi znanymi obiektami były kwazary – punktowe źródła światła wysyłające kolosalne ilości energii w postaci fal radiowych. Lecz przy użyciu współczesnych technik elektronicznych astronomowie zaczęli odkrywać normalne galaktyki tak odległe jak kwazary. Rzeczywiście w 1995 roku zaczęli znajdować galaktyki, które zdają się być w trakcie formowania – światło musiało opuścić te, tak zwane pierwotne galaktyki, gdy Wszechświat miał poniżej miliarda lat. Kiedy zaczęły nadchodzić tego rodzaju dane, teoretycy powinni już zacząć rewidować swoje scenariusze z ciemną materią, ponieważ wiele z nich ma trudności z tak wczesnym powstaniem galaktyk.

Spodziewam się, że ten rodzaj wzajemnego oddziaływania pomiędzy teorią a obserwacjami w najbliższej przyszłości jeszcze się wzmocni, gdy zostanie zebranych więcej danych o odległych galaktykach. Daje to nadzieję na odsiew nie sprawdzających się teorii i przekonanie, że będziemy potrafili usunąć wymienione na początku tego eseju stwierdzenie numer 2.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *