Astrofizičarka otkriva: Od čega je zapravo ‘sastavljen’ svemir?

Kada pomislite na pojam “prostor”, što vam prvo pada na pamet? Možda se sjetite prijatelja koji vam je s oduševljenjem pričao o velikom muzeju, stadionu ili zgradi koju je nedavno posjetio. Vizualizirate li taj prostor kao ogroman i prostran? Je li jednostavno vrlo velik, ili vam djeluje prazno? Kako objašnjava Nilakshi Veerabathina, profesorica fizike na Sveučilištu u Texasu, pojam “prostran” ne znači nužno i “prazan”. To jednostavno znači da postoji dovoljno mjesta da se slobodno krećete među objektima unutar njega. Slično tome, svemir nije potpuno prazan. On je beskonačno prostran i stalno se širi, ali u njemu ima mnogo toga što ispunjava taj prostor.

Gdje počinje svemir?

Zemlja je okružena različitim slojevima plinova. Na razini mora, atmosfera Zemlje sadrži oko 100 milijardi molekula po kubičnom centimetru. Kako se penjete više, atmosfera postaje sve rjeđa. Na visini od oko 80 do 100 kilometara, više nema dovoljno zraka da bi avioni mogli letjeti. Ova granica, koja odvaja Zemljinu atmosferu od svemira, naziva se Kármánova linija, po mađarsko-američkom inženjeru i fizičaru Theodoru von Kármánu. Sve iznad te linije naziva se svemir. Gustoća svemira može varirati, ali u prosjeku je to samo 1 atom po kubičnom centimetru. Zamislite – kocka zraka veličine kockice za igru u Zemljinoj atmosferi sadrži milijarde čestica. Ali u svemiru, ta ista kocka sadrži samo jednu ili dvije čestice.

Veerabathina objašnjava da je Svemir ogroman, gotovo savršen vakuum s vrlo malo tvari. Ovaj vakuum sadrži daleko manje čestica u usporedbi sa Zemljinom atmosferom. Međutim, nije potpuno prazan. Svemir je ispunjen raspršenom materijom koja se naziva međuzvjezdani medij ili međuzvijezdani prostor, a koji uključuje atome vodika i helija. To su najčešći elementi u svemiru, prisutni u ioniziranom i neutralnom obliku. Međuzvjezdani medij također sadrži kozmičku prašinu – sitne čestice različitih elemenata, uključujući ugljik i silicij, raspršene po svemiru. Visokoenergetske čestice, koje nazivamo kozmičkim zrakama – a koje su uglavnom protoni i jezgre atoma – putuju kroz svemir gotovo brzinom svjetlosti. Kozmičke zrake dolaze iz raznih izvora, uključujući naše Sunce, ali i supernove, materijale koji padaju u crne rupe, sudarajuće galaksije i još mnogo toga.

Svemir je također ispunjen različitim oblicima zračenja, uključujući kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje. To je ostatak topline iz vremena kada je svemir nastao. Visokoenergetski kozmički događaji, poput supernova i crnih rupa, emitiraju rendgenske i gama zrake. Magnetska polja, koja stvaraju zvijezde, planeti i mnoga druga nebeska tijela, prisutna su širom svemira. Ta polja utječu na gibanje nabijenih čestica, privlačeći ih ili odbijajući na način sličan magnetima.

Tamna tvar i tamna energija

Znanstvenici vjeruju da nevidljiva forma materije koja ne emitira svjetlost ni energiju, a naziva se tamna tvar, čini značajan dio mase svemira. Znanstvenici su uvjereni u njeno postojanje zbog njezina gravitacijskog utjecaja na vidljivu materiju. Slično, znanstvenici pretpostavljaju postojanje tajanstvenog oblika energije nazvanog tamna energija, koja uzrokuje ubrzano širenje svemira. Za razliku od tamne tvari, tamna energija nije povezana s materijom ili gravitacijskim silama, već je svojstvo samog prostora. Zamislite svemir kao balon. Tamna tvar je poput materijala od kojeg je balon napravljen, utječe na njegov oblik, dok je tamna energija poput zraka koji se pumpa u balon. Ona ne mijenja materijal balona, ali utječe na brzinu širenja balona.

Svemir se također može zakriviti, kaže Veerabathina. Zamislite da je svemir poput velikog, rastezljivog trampolina. Ako stavite tešku kuglu, poput kugle za kuglanje, u sredinu trampolina, ona će napraviti veliki udubljenje prema dolje. Ovo udubljenje slično je načinu na koji se svemir zakrivljuje oko masivnih objekata, poput planeta ili zvijezda. Što je objekt masivniji, to je gravitacija jača i udubljenje dublje. Ako lagano gurnete manju kuglicu preko trampolina s kuglom za kuglanje u sredini, kuglica bi mogla početi kružiti oko udubljenja koje je stvorila gravitacija te kugle. Kuglica slijedi krivulju udubljenja, baš kao što planeti slijede zakrivljenost prostora oko Sunca. Zamislite da usmjerite svjetiljku prema trampolinu. Ako svjetlost prođe blizu udubljenja koje je stvorila kugla za kuglanje, mogla bi se lagano saviti dok putuje.

Ovo je slično načinu na koji se svjetlost savija kada prolazi blizu vrlo masivnih objekata u svemiru, poput galaksija. Sada zamislite crnu rupu, čija ogromna gravitacija stvara još veće i dublje udubljenje na trampolinu. Ako biste kotrljali kuglicu preblizu tom izuzetno dubokom udubljenju, ona bi upala unutra i nestala, baš kao što objekti mogu biti povučeni u crnu rupu u svemiru, odakle više ne mogu pobjeći. Dakle, svemir se može zakriviti ili saviti oko velikih objekata s jakom gravitacijom, baš kao što se trampolin savija kada na njega stavite tešku kuglu. Svemir je daleko više od praznog prostora; on sadrži mješavinu čestica, zračenja, magnetskih polja i tajanstvenih oblika materije i energije. Zamislite svemir kao trodimenzionalno igralište ispunjeno objektima poput zvijezda, planeta, maglica i galaksija, koji zajedno čine naš fascinantni i složeni kozmos.