Zemlja trentuno prolazi kroz ostatke kometa koji stvaraju meteorski pljusak, spektakularni prirodni fenomen koji možemo pratiti golim okom. Međutim, u astronomiji ljudsko oko ima značajna ograničenja. Srećom, sve napredniji instrumenti omogućuju nam dublji uvid u svemir i povratak sve dalje u prošlost, rasvjetljavajući nove tajne o postanku svemira.
Suvremeni instrumenti i njihova nevjerojatna otkrića
Danas znanstvenici mogu promatrati egzoplanete u orbiti oko zvijezda, pojedinačne galaksije, pa čak i ‘cijeli svemir’. “Svemir je u suštini uglavnom prazan prostor,” objašnjava Jean-Paul Kneib, profesor na Laboratoriju za astrofiziku pri EPFL-u. “Nema puno toga što je skriveno.” Ključ uspjeha leži u preciznom definiranju ciljeva, izgradnji odgovarajućih instrumenata i usmjeravanju u pravom smjeru. Nakon toga, potrebno je ukloniti sve smetnje iz našeg vidnog polja.
“Naša galaksija se nalazi u prvom planu našeg pogleda, blokirajući nam vidik na ono što se nalazi iza nje,” objašnjava Kneib. “Ako, na primjer, želimo mapirati vodik u ranom svemiru, prvo moramo modelirati cijeli ovaj prednji plan i zatim ga ukloniti sa slika dok ne dobijemo signal koji je milijun puta slabiji od onoga što emitira Mliječna staza.”
Galileo je mogao crtati samo ono što je vidio svojim teleskopom. Danas, zahvaljujući brzom napretku instrumenata, astronomi mogu vidjeti ‘cijeli svemir,’ od njegovih samih početaka. I očekuju se još veći napreci u nadolazećim godinama.
Teleskopi koji promatraju duboku prošlost
Svemirski teleskop James Webb (JWST), lansiran u prosincu 2021., ima za cilj promatrati događaje koji su se dogodili prije 13 milijardi godina, u vrijeme kada su se formirale prve zvijezde i galaksije. Square Kilometre Array teleskop (SKA) je radioteleskop koji je trenutno u izgradnji i čije je dovršenje planirano do kraja ovog desetljeća, pružit će uvid u još ranija razdoblja, kada svemir nije imao zvijezda, već je bio pretežno ispunjen vodikom – elementom koji čini 92% svih atoma u svemiru.
“Najjednostavniji način za detekciju ovog plina je rad u rasponu radijskih frekvencija, što je upravo ono što će SKA raditi,” kaže Kneib. “Cilj je detektirati signal koji je milijun puta slabiji od onih u prvom planu.”
Još jedan ambiciozan projekt u pripremi je LISA (Laser Interferometer Space Antenna), koju vodi Europska svemirska agencija (ESA). Planirano je da se lansira 2035. godine, a ovaj instrument će promatrati gravitacijske valove, što bi moglo rasvijetliti rast crnih rupa i potencijalno valove stvorene neposredno nakon Velikog praska.
Digitalna revolucija u astronomiji
Ovi novi instrumenti ne bi bili toliko prosvjetljujući bez napretka u drugim područjima. “Trenutno nemamo softver koji bi mogao obraditi podatke sa SKA,” priznaje Kneib, ali ističe da ćemo uskoro to postići zahvaljujući napretku u računalnim znanostima, umjetnoj inteligenciji (UI) i procesorskoj snazi. Umjetna inteligencija igra ključnu ulogu u analiziranju ogromnih količina podataka kako bi se identificirale zanimljive anomalije i izračunale mase galaksija.
“Znanstvenici mogu koristiti efekt gravitacijske leće, gdje veliki objekt savija svjetlost s udaljenog izvora, kako bi izračunali masu jata galaksija s točnošću do jedan posto, gotovo kao da koriste vagu,” objašnjava Kneib. “Možemo trenirati modele umjetne inteligencije da prepoznaju distorzije na slikama uzrokovane gravitacijskim lećama. S obzirom na to da u svemiru vjerojatno postoji 200 milijardi galaksija, to je ogromna pomoć – čak i ako možemo izmjeriti masu samo jedne galaksije u tisuću.”
Što stvarno vidimo na slikama?
No, prikazuju li slike koje vidimo stvarno ono što je tamo? Poznata slika objavljena 2019. godine prikazala je prsten svjetlosti oko crne rupe, u obliku krafne. Bi li zapravo vidjeli taj prsten da mu se približimo?
“To nije bila optička fotografija,” kaže Kneib. “To je bio čisto digitalni prikaz. Da bi točno promatrali signale milimetarske valne duljine koje emitira crna rupa, znanstvenici su morali kombinirati više teleskopa na Zemlji kako bi stvorili jedan teleskop veličine globusa. Slika je zatim rekonstruirana pomoću interferometrije [metoda mjerenja koja koristi interferenciju valova].”
“Ipak, slika predstavlja stvarni signal, povezan s količinom materije u oblaku prašine oko crne rupe. U jednostavnim terminima, tamni dio je crna rupa, a svjetliji dio je materija koja kruži oko nje.”
Promatranje u četiri dimenzije
“Izračuni su samo dio jednadžbe u astronomiji – morate biti u stanju vizualizirati stvari, što također pomaže provjeriti točnost izračuna,” kaže Kneib, koji je sposoban ‘pročitati’ veličanstvenu sliku maglice Laguna, udaljene 4000 svjetlosnih godina, kao knjigu.
“Ta slika je proizvedena pomoću optičkih promatranja na različitim valnim duljinama kako bi se prikazali različiti plinovi. Naravno, bilo je i umjetničkog doprinosa u poboljšanju boja. No slika također ima veliku važnost za fizičare. Boje označavaju prisutnost različitih plinova: crvena za vodik, plava za kisik i zelena za dušik. Kompaktna, crna područja sadrže velike količine prašine. To su obično regije u kojima se formiraju zvijezde.”
Vizualizacija je posebno važna pri promatranju objekata u više od dvije dimenzije. “Proučavajući svemir u tri dimenzije, možemo mjeriti udaljenost između nebeskih objekata,” kaže Kneib.
Početkom travnja, znanstvenici koji rade na projektu Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) objavili su da su stvorili najveću 3D kartu galaksija i kvazara u svemiru. Ali to nije sve: istraživači također proučavaju svemir u četvrtoj dimenziji – vremenu – otvarajući nevjerojatne mogućnosti za promatranje svijetlih, ali kratkotrajnih fenomena. “Na primjer, ne razumijemo u potpunosti podrijetlo brzih radio izboja, koji su nevjerojatno svijetli izboji elektromagnetskog zračenja koji traju samo nekoliko sekundi, a ponekad i samo djelić milisekunde,” kaže Kneib.
Hoćemo li ikada otkriti život na egzoplanetu?
Na pitanje hoćemo li ikada pronaći život na egzoplanetu, Kneib odgovara: “S infracrvenom interferometrijom, postoji vrlo realna mogućnost da bismo mogli snimiti fotografiju planeta koji kruži oko druge zvijezde. Slika bi vjerojatno bila mutna, ali mogli bismo promatrati i karakterizirati značajke poput oblaka i strukturalnih varijacija na površini planeta. To je definitivno moguće, možda za 20 ili 30 godina.”
Međutim, kada je riječ o nekim temeljnim pitanjima, vjerojatno nećemo pronaći odgovore samo kroz promatranje. Zašto se svemir širi ubrzanim tempom? Je li to zbog tamne energije? Zašto je 80% materije nevidljivo? Jesmo li potpuno u krivu u vezi s gravitacijom? Buduće generacije astrofizičara nastavit će držati oči uprte u nebo ili zalijepljene za ekrane dok pokušavaju odgonetnuti najdublje misterije našeg svemira.
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.
