U povijesti svemira postoji razdoblje koje je zasad izvan dosega izravnog promatranja. Znanstvenici ga nazivaju Mračno doba kozmologije. To nije metafora, već doslovan opis: riječ je o vremenskom intervalu nakon Velikog praska, ali prije nego što su nastali prvi izvori svjetlosti, zvijezde i galaksije. U tom razdoblju svemir nije emitirao vidljivo zračenje i stoga ga ne možemo opažati teleskopima koji detektiraju elektromagnetske valove.
Početak nakon “svjetlosne slike” svemira
Nakon Velikog praska, svemir je prošao kroz niz faza koje su danas dobro teorijski opisane i dijelom potvrđene promatranjima. U prvim minutama formirani su najlakši kemijski elementi, vodik, helij i tragovi litija, u procesu koji nazivamo Prvobitna nukleosinteza. Oko 380.000 godina kasnije, svemir se dovoljno ohladio da se elektroni i protoni mogu spojiti u neutralne atome. Ova faza, poznata kao rekombinacija, označava trenutak kada fotoni više nisu bili raspršivani na slobodnim nabijenim česticama i mogli su se slobodno kretati kroz prostor.
Ti prvi fotoni koje danas možemo detektirati čine tzv. kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje (CMB), najstariji elektromagnetski signal koji imamo iz ranog svemira. Otkriveno je 1965. godine i predstavlja svojevrsnu svjetlosnu fotografiju svemira u dobi od nekoliko stotina tisuća godina. No, nakon tog trenutka dolazi razdoblje koje ostaje gotovo potpuno skriveno: Mračno doba.
Razdoblje bez svjetlosti
Mračno doba trajalo je od završetka rekombinacije do pojave prvih zvijezda i galaksija, što se prema trenutačnim procjenama dogodilo između 150 i 300 milijuna godina nakon Velikog praska. U tom razdoblju svemir je bio ispunjen gotovo isključivo neutralnim vodikom, bez izvora svjetlosti koji bi emitirali zračenje vidljivo suvremenim astronomskim instrumentima.
Iako bez zračenja, svemir nije bio statičan. Fluktuacije gustoće koje su nastale u ranom svemiru postupno su rasle pod utjecajem gravitacije. S vremenom su te nestabilnosti dovele do stvaranja prvih gravitacijskih kolapsa, iz kojih su se razvile prve zvijezde i galaksije. Prema teorijskim modelima, prve zvijezde bile su vrlo masivne, kratkoživuće i gotovo bez težih elemenata, jer ti elementi još nisu bili sintetizirani.
Što znamo — i što ne znamo
Glavni razlog zbog kojeg je Mračno doba teško proučavati jest izostanak elektromagnetskog zračenja koje bi nosilo informacije iz tog razdoblja. CMB nam daje podatke o svemiru prije toga, dok zračenje prvih zvijezda dolazi znatno kasnije. Mračno doba tako ostaje razdoblje bez izravnih promatračkih podataka.
Jedan od rijetkih potencijalnih izvora informacija iz tog vremena jest 21-centimetarsko radiozračenje neutralnog vodika. Riječ je o zračenju koje nastaje kada se spin elektrona i protona unutar atoma vodika promijeni iz paralelnog u antiparalelno stanje. Taj signal, ako se uspješno detektira, mogao bi otkriti kako su bile raspoređene guste i rjeđe regije svemira tijekom Mračnog doba. No, signal je iznimno slab i prekriven znatno jačim emisijama iz naše galaksije i Zemljine atmosfere.
Eksperimenti poput EDGES i budući opservatoriji poput Square Kilometre Array (SKA) razvijaju se upravo s ciljem detekcije tog signala i boljeg razumijevanja najranijih faza svemirske strukture.
Kraj tame: epoha reionizacije
Mračno doba završava pojavom prvih zvijezda čije ultraljubičasto zračenje počinje reionizirati neutralni vodik u međugalaktičkom prostoru. Taj proces, poznat kao epoha reionizacije, označava prijelaz iz kozmičke tame u svijet svemira ispunjenog svjetlošću.
Reionizacija nije bila trenutan događaj. Odvijala se postupno i nije zahvatila cijeli svemir istovremeno. Promatranja vrlo udaljenih galaksija i kvazara, osobito pomoću Svemirskog teleskopa Hubble i svemirskog teleskopa James Webb, omogućuju istraživačima da rekonstruiraju kako je izgledao taj prijelaz i kada se odvijao.
Iako je izravno nedostupno, Mračno doba ima ključnu ulogu u razumijevanju formiranja struktura u svemiru. Njegovo proučavanje može otkriti početke gravitacijske dinamike koja je dovela do nastanka zvijezda, galaksija i kasnije, planetnih sustava. Osim toga, omogućuje testiranje temeljnih kozmoloških modela i potencijalno otkrivanje odstupanja koja bi ukazivala na novu fiziku.
Svemir kakav danas poznajemo oblikovao se upravo u tom razdoblju. Razumijevanje Mračnog doba znači razumijevanje uvjeta pod kojima su nastale prve zvijezde i galaksije, a time i uvjeta koji su milijardama godina kasnije omogućili nastanak života. Iako još uvijek ne možemo izravno “vidjeti” tu epohu, koraci prema njezinu istraživanju već su u tijeku. Iduća desetljeća mogla bi donijeti prve konkretne podatke iz razdoblja potpune kozmičke tame.
Ivan je novinar, bloger i autor s više od 15 godina iskustva u digitalnim medijima. Piše o širokom spektru tema, uključujući svemir, astronomiju, znanost, povijest i arheologiju. Objavljuje kao gostujući autor u Večernjem listu, a kao stručni sugovornik gostovao je u emisijama na kanalima Science Discovery i History Channel. Osnivač je portala Kozmos.hr, prvog hrvatskog online magazina posvećenog popularizaciji znanosti i svemira.
