Danas je svemir ispunjen svjetlom milijardi zvijezda i galaksija. No nije oduvijek bilo tako. U prvim trenucima nakon Velikog praska, iako su fotoni već postojali, svjetlost nije mogla slobodno putovati. Trebalo je proći stotine tisuća godina da se kozmos dovoljno ohladi i raščisti, kako bi svjetlost napokon mogla izbiti iz guste, vrele mase čestica i proširiti se prostorom.
Nakon Velikog praska, prostor i vrijeme su se počeli širiti. Prema astronomu Andrewu Laydenu sa Sveučilišta Bowling Green u američkom Ohiu, tada nije postojala odvojena materija kakvu poznajemo danas – sve je bilo energija. Einsteinova poznata jednadžba E=mc² objašnjava kako su energija i masa povezane: jedno se može pretvarati u drugo.
Kako se svemir širio, gustoća energije padala je, a temperatura se snižavala. U prvim sekundama nastale su osnovne čestice: fotoni (koji čine svjetlost), protoni, neutroni i elektroni. Otprilike tri minute nakon Velikog praska, protoni i neutroni počeli su se povezivati i stvarati jezgre atoma, poput helija, navodi NASA.
No unatoč prisutnosti svjetlosti, ona se nije mogla kretati slobodno. Elektroni su se kretali prebrzo da bi ih atomske jezgre zadržale u stabilnoj orbiti, kaže Layden. Umjesto formiranih atoma, svemir je bio ispunjen nabijenim česticama – vrelom, gustom plazmom kroz koju se fotoni nisu mogli probiti.
Zarobljena svjetlost
Svaki put kad bi foton pokušao krenuti u nekom smjeru, udario bi u slobodni elektron i promijenio putanju. Taj stalni niz sudara sprječavao je širenje svjetlosti. Layden to uspoređuje s gustom maglom u kojoj svjetlost ne dopire daleko, jer se neprestano odbija od sitnih čestica.
Slična se pojava događa u unutrašnjosti Sunca, kaže kozmolog Srinivasan Raghunathan sa Sveučilišta Illinois u Urbana-Champaignu. Tamo fotoni nastaju u samom središtu zbog nuklearnih reakcija, no zbog velikog broja slobodnih elektrona potrebno im je čak između milijun i dva milijuna godina da dosegnu površinu – iako bi im, u vakuumu, za isti put trebalo tek nekoliko sekundi.
Oko 380.000 godina nakon Velikog praska, svemir se dovoljno ohladio. Temperature su pale na oko 3000 kelvina (2725 °C), što je omogućilo da se elektroni počnu vezivati za jezgre i formiraju neutralne atome. Kako više nije bilo slobodnih elektrona koji bi raspršivali svjetlost, fotoni su prvi put mogli slobodno putovati kroz prostor.
Layden opisuje taj prijelaz kao trenutak u kojem je svemir postao proziran. U samo nekoliko godina, vrela gusta juha postala je jasan prostor ispunjen slobodno putujućom svjetlošću. Ta svjetlost – koja se tada nalazila u vidljivom i bliskom infracrvenom spektru – tijekom milijardi godina rastegnuta je širenjem svemira u dulje valne duljine. Danas je možemo detektirati kao kozmičku mikrovalnu pozadinu – ostatak iz vremena kada je svjetlost prvi put dobila slobodan put.
Što nam govori kozmička mikrovalna pozadina?
Astronomi su prvi put zabilježili to prastaro zračenje 1964. godine. Iako izgleda ujednačeno, pažljivom analizom mogu se otkriti sitne nepravilnosti – male razlike u gustoći i temperaturi koje su s vremenom dovele do stvaranja galaksija i drugih struktura u svemiru.
Kao što objašnjava Raghunathan, gravitacija može savijati svjetlost – pojava poznata kao gravitacijsko lećenje. Istraživanjem načina na koji se kozmička mikrovalna pozadina savija dok prolazi kroz golema gravitacijska polja, znanstvenici mogu rekonstruirati velike strukture svemira: raspored galaksija i golemih praznina među njima.
Iako je svjetlost napokon mogla putovati, svemir je još dugo ostao bez novih izvora svjetlosti. Sljedećih nekoliko stotina milijuna godina nazivamo kozmičko mračno doba. Tijekom tog razdoblja nije bilo zvijezda ni galaksija – samo proziran, ali taman svemir.
S vremenom su se oblaci plina, pod utjecajem gravitacije, počeli zgušnjavati. Kad su postali dovoljno gusti, započele su nuklearne reakcije i formirane su prve zvijezde. Do otprilike milijardu godina nakon Velikog praska, svemir je već bio ispunjen galaksijama. Taj period naziva se kozmička zora – početak svjetlosti kakvu danas poznajemo.
Dakle, iako je svjetlost postojala gotovo od samog početka svemira, bila je zarobljena u nepreglednoj gustoj plazmi. Tek stotinama tisuća godina kasnije, kako se svemir širio i hladio, stvoreni su uvjeti da fotoni slobodno krenu na put – i da svemir iz tame zakorači u svjetlost. Danas, proučavajući ostatke tog prvog zračenja, znanstvenici ne gledaju samo u prošlost, već rekonstruiraju i temeljnu strukturu svemira u kojem živimo.
🔵 Pridružite se razgovoru!
Imate nešto za podijeliti ili raspraviti? Povežite se s nama na Facebooku i pridružite se zajednici znatiželjnih istraživača u našem Telegram kanalu. Za najnovija otkrića i uvide, pratite nas i na Google Vijestima.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
