Veliki prasak predviđa da bi oko 5 % ukupnog sadržaja svemira trebali činiti atomi, odnosno obična, barionska tvar od protona, neutrona i elektrona. Ipak, kada astronomi zbrajaju sve što vide u zvijezdama i galaksijama, velik dio te tvari jednostavno nedostaje. Novo istraživanje objavljeno u lipnju 2025. pokazuje gdje se ta tvar zapravo skriva i istodobno daje snažnu potvrdu kozmološkom modelu Velikog praska.
Kako objašnjava Chris Impey, profesor astronomije na Sveučilištu u Arizoni, svemir je na prvi pogled prepun velikih, upečatljivih struktura. Teleskopi otkrivaju nebrojene galaksije s masivnim središnjim crnim rupama, milijardama zvijezda i njihovim planetima. Takvi golemi objekti prirodno se nameću kao glavni spremnici svemirske tvari. No detaljni obračuni govore nešto drugo: većina obične tvari uopće nije vezana u zvijezde, planete ni galaksije.
Astronomi već desetljećima sumnjaju da se ta “nestala” tvar nalazi u tamnim prostorima između galaksija. Iako se o svemiru često govori kao o vakuumu, on nije potpuno prazan. Pojedinačni atomi i čestice raspršeni su kroz prostor između zvijezda i galaksija te čine golemi, tamni, vlaknasti obrazac koji se naziva kozmička mreža. Upravo je ta mreža i međugalaktički prostor u njezinu kosturu ključan za razumijevanje kamo je svemir “pospremio” većinu svojih atoma.
Koliko obične tvari zapravo vidimo
Najizravnije mjesto za traženje obične tvari su zvijezde. Gravitacija ih okuplja u galaksije, a astronomi mogu brojati galaksije u promatranom svemiru. Procjene govore o nekoliko stotina milijardi galaksija, od kojih svaka sadrži nekoliko stotina milijardi zvijezda. U svemiru se nalazi otprilike 10^23 zvijezda, što je broj koji višestruko nadmašuje sva zrnca pijeska na Zemljinim plažama. Kada se prijeđe na još sitnije gradivne jedinice, procjene govore o čak 10^82 atoma, brojci toliko velikoj da ju je nemoguće zamisliti u svakodnevnim mjerilima.
Unatoč tim zapanjujućim brojkama, precizna računica pokazuje da zvijezde sadrže tek oko 0,5 % ukupne tvari u svemiru. Deset puta više atoma, dakle oko 5 % u odnosu na same zvijezde, pretpostavlja se da slobodno pluta prostorom izvan zvijezda i galaksija. Samo oko 0,03 % ukupne tvari čine elementi teži od vodika i helija, uključujući ugljik i ostale temeljne sastavnice života.
Prostor između galaksija, takozvani međugalaktički prostor ili međugalaktički medij, gotovo je potpuni vakuum. Njegova tipična gustoća iznosi oko jedan atom u kubičnom metru. To je manje od milijarditog dijela milijarditog dijela gustoće zraka na Zemlji. Ipak, kada se takva rijetka tvar zbroji kroz promjer svemira od oko 92 milijarde svjetlosnih godina, ukupna količina postaje iznenađujuće velika.
Međugalaktički plin izuzetno je vruć, s temperaturama od nekoliko milijuna stupnjeva. Zbog toga se najjasnije opaža u rendgenskom zračenju, budući da tako zagrijan plin isijava na vrlo kratkim rendgenskim valnim duljinama. Rendgenski teleskopi, međutim, imaju ograničenu osjetljivost i najčešće su manji od tipičnih optičkih teleskopa, pa je ovakvu tvar teško pratiti izravnim promatranjima.
Upravo zato je bilo teško u potpunosti utvrditi raspodjelu obične tvari u svemiru. Iako se prema Velikom prasku moglo izračunati koliko bi je ukupno trebalo biti, dugo se nije moglo precizno pokazati gdje se nalazi svaki njezin dio.
Brzi radio izboji kao nova kozmološka mjera?
U novije vrijeme astronomi su dobili novi alat za rješavanje problema nestale tvari. Riječ je o brzim radio izbojima, kratkim i izuzetno snažnim izbojima radijskih valova. Pojedini bljesak može u milisekundi osloboditi onoliko energije koliko Sunce zrači u tri dana. Prvi takav događaj otkriven je 2007. godine, a naknadna istraživanja pokazala su da nastaje u udaljenim galaksijama, u blizini kompaktnih ostataka masivnih zvijezda.
Rezultati objavljeni početkom 2025. upućuju na to da brzi radio izboji potječu iz područja iznimno snažnog magnetskog polja oko vrlo kompaktne neutronske zvijezde. Neutronske zvijezde su ekstremno guste jezgre masivnih zvijezda koje su kolabirale pod vlastitom gravitacijom nakon eksplozije supernove. Posebna vrsta neutronskih zvijezda koja emitira snažne radio izboje naziva se magnetar i ima magnetsko polje oko bilijun puta snažnije od Zemljinog.
Iako brzi radio izboji još uvijek nisu potpuno razjašnjen fenomen, pokazali su se kao vrlo učinkovit alat za proučavanje međugalaktičkog prostora. Dok prolaze kroz vrući međugalaktički plin, radijski valovi međudjeluju s elektronima u tom plinu. Dulje valne duljine pritom se dodatno usporavaju, pa se izvorni signal “razvuče” u vremenu, slično kao što prizma razlaže bijelu svjetlost u spektar boja. Iz stupnja tog “razvlačenja” astronomi mogu izračunati kroz koliku je količinu plina izboj prošao na putu prema Zemlji.
U novoj studiji, objavljenoj u lipnju 2025., tim astronoma s Caltecha i centra za astrofiziku pri Harvardu analizirao je 69 brzih radio izboja. Za istraživanje su koristili skup od 110 radijskih teleskopa u Kaliforniji. Analiza je pokazala da se 76 % obične tvari u svemiru nalazi u prostoru između galaksija, 15 % u haloima galaksija, proširenim strukturama materije koji okružuju područje vidljivih zvijezda, a preostalih 9 % u zvijezdama i hladnom plinu unutar samih galaksija.
Takva potpuna slika raspodjele obične tvari predstavlja važnu provjeru teorije Velikog praska. Ta teorija vrlo precizno predviđa koliko će se obične tvari stvoriti u prvim minutama nakon početka svemira. Sada, kada je promatranjima pronađeno upravo onih 5 % koliko se očekuje, Veliki prasak prolazi još jedan ključan test. Do danas je opaženo već nekoliko brzih radio izboja, a planirani nizovi novih radijskih teleskopa vjerojatno će povisiti stopu otkrivanja na oko 10 000 događaja godišnje. Tako velika statistika pretvorit će brze radio izboje u izuzetno moćan alat kozmologije, grane koja proučava veličinu, oblik i evoluciju svemira. Osim pukog prebrojavanja atoma, ovi će signali omogućiti i trodimenzionalno mapiranje strukture kozmičke mreže.
Veći dio svemira i dalje je nepoznat
Iako su znanstvenici sada dobili gotovo potpunu sliku o tome gdje je raspoređena obična tvar, većinu svemira i dalje čine sastojci koji su mnogo slabije shvaćeni. Najzastupljenije komponente kozmološkog “kružnog dijagrama” su tamna tvar i tamna energija. Tamna energija uzrokuje ubrzano širenje svemira, dok tamna tvar djeluje kao nevidljivo “ljepilo” koje drži galaksije i veće kozmološke strukture na okupu.
Tamna tvar je vjerojatno nova, još neotkrivena vrsta temeljne čestice koja ne pripada standardnom modelu fizike čestica. Fizikalni eksperimenti je još nisu izravno detektirali, ali se zna da postoji zahvaljujući učincima gravitacije. Prema općoj teoriji relativnosti masa zakrivljuje prostor i savija putanje svjetlosti. U mnogim se galaktičkim skupovima opaža mnogo jače gravitacijsko lećenje svjetlosti nego što se može objasniti samo vidljivom tvari. To znači da mora postojati dodatna, nevidljiva masa. Tamna tvar po masi nadmašuje običnu, vidljivu tvar više od pet puta.
Rješenje zagonetke nestale obične tvari tako je otvorilo još širu perspektivu problema. Iako tamna tvar i tamna energija ostaju zagonetne, astronomi sada mnogo bolje razumiju “normalne” atome od kojih su sačinjeni ljudi, planeti i sav uobičajeni svijet oko nas. U tom smislu, nova istraživanja brzih radijskih bljeskova povezuju kozmološku sliku cijelog svemira s materijom od koje je sastavljen svakodnevni život
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
