Одатле, наизглед парадоксално, може да се прочита да су астрономи снимили најранију или најмлађу галаксију. У садашње време HD1 изгледа вероватно као и многе друге галаксије које видимо на ноћном небу.
Kако смо се нашли испред светлости са тих [далеких] објеката? Јер [и] наша материја потиче из области Великог праска!
То је питање читаоца Дејана Мишића на скорашњи чланак о открићу до сада најстарије и најудаљеније галаксије. Најбољи одговор даје стандардна парадигма о еволуцији раног свемира, хипотеза о такозваној инфлационој фази ширења. Ево како то изгледа у случају нас и галаксије HD1.
Kако је објашњено у чланку, астрономи су измерили да новоткривена галаксије названа HD1 има рекордно велико црвено померање 13,27! То значи да ултраљубичаста светлост коју та галаксија емитује нама стиже као далеко инфрацрвено, скоро микроталасно зрачење! Kада се на тај резултат примени закон ширења свемира који је установљен у последњих двадесетак година имамо ову ситуацију:
АЛМА опсерваторија, чији телескопи су коришћени за мерење црвеног померања галаксије HD1 (commons wikimedia)
У садашње време, када је свемир стар око 13,7 милијарди година, растојање од нас до галаксије HD1 износи око 33,4 милијарди светлосних година. То је до сада највеће познато растојање до неке галаксије, па је дакле HD1 за сада најдаља позната галаксија.
Kада је примљена светлост кренула од те галаксије наше међусобно растојање је било 1+13,27 = 14,27 пута мање, дакле око 2,3 милијарде светлосних година. Старост свемира је тада била само око 323 милиона година. То је најранији период из кога смо добили слику неке галаксије, па отуда придев најстарија галаксија. (Подразумева се да HD1 и даље постоји!)
И ту долазимо до питања у наслову. У доба када је свемир био стар само (да заокружимо) 300 милиона година, највеће могуће растојање које је светлост могла да прелети до тада било је брзина светлости пута 300 милиона година, дакле 300 милиона светлосних година. С друге стране, како је наведено, у то доба растојање од HD1 до локације где ће нешто касније почети формирање наше галаксије било је читавих 2,3 милијарде година. Преко седам пута веће!
Ако замислимо стандардну слику Великог праска у којој сва материја потиче из исте „тачке“ то значи да су материја наше галаксије и материја галаксије HD1 побегле на веће међусобно растојање него што је светлост до тада могла да превали! Материја је дакле побегла „испред светлости”, како је написао Дејан Мишић. Kако је то могуће?!?
*
Ова ситуација је један од примера за оно што се у космологији зове „проблем хоризонта”. Све до пре четрдесет и нешто година овај наизглед парадокс био је игнорисан као део опште мистерије Великог праска. Тада је нови и бурни развој физике елементарних честица инспирисао физичаре да разматрају космолошке последице тих модела; другим речима, да конструишу детаљнију слику понашања материје у врло раном свемиру. Тако је дошло до еурека момента: физика елементарних честица имплицира да је у врло раном свемиру дошло до врло кратке фазе експлозивног, убрзаног ширења са брзинама много већим од брзине светлости! Та фаза је добила име инфлациона фаза, или космичка инфлација.
Kласичан концепт Великог праска у коме свемир почиње од стања нулте запремине, бесконачне густине и бесконачне брзине ширења, сада је углавном само од историјског значаја. Уместо Великог праска, космолози за почетак нашег видљивог свемира узимају свршетак инфлационе фазе. Запремина је још увек мала: у стандардном инфлационом моделу по свршетку инфлационе фазе сав сада видљиви свемир је величине тениске лоптице! Али то није нулта запремина, густина није бесконачна, и брзина ширења је коначна. Инфлациона космологија је рационалан модел са којим може да се рачуна. Детаљи зависе од специфичног, увек хипотетичног модела физике елементарних честица који је у основи ове слике.
Оно што је овде важно јесте да као последица инфлације сваке две тачке у простору су за врло кратко време развучене на растојање које је веће од растојања које светлост може да прелети за то исто кратко време, тако да комуникација на пример између наше будуће локације и оне у којој ће бити галаксија HD1 није била могућа.
Са свршетком инфлације свемир улази у фазу успореног ширења, споријег од брзине светлости. Зона око будуће HD1 до које светлост може да стигне постаје све већа и већа, али као што видимо читавих 300 милиона година од краја инфлације те две локације још увек нису у контаку: „материја је побегла светлости” као последица претходне инфлационе фазе. То је одговор на постављено питање.
Други важан фактор је да је „тениска лоптица” експлозивно развучена од много мање микроскопске запремине, тако да су физичка својства у свакој локацији иста, осим малих квантних флуктуација. Због тога касније формирање сличних галаксија је свуда могуће, па свемир изгледа хомоген, али је на неким местима, као на пример на локацији будуће галаксије HD1, густина ново формиране материје била већа, па је та галаксија формирана пре наше. Најстарије звезде наше галаксије можда читавих 500 милиона година после HD1, а диск наше Галаксије милијардама година касније.
*
Светлост HD1 је путовала у свим правцима па и према нашој Галаксији. Протекло је како видимо око 13,7 – 0,3 = 13.4 милијарди година да та светлост стигне до нас и приказује HD1 онаквом каква је та галаксија била онда, у далекој прошлости и у раној фази свог развоја, вероватно још у процесу формирања. Одатле, наизглед парадоксално, може да се прочита да су астрономи снимили најранију или најмлађу галаксију. У садашње време HD1 изгледа вероватно као и многе друге галаксије које видимо на ноћном небу.
С друге стране, многе или бар неке од нама познатих галаксија вероватно су постојале у исто рано време кад и HD1, али пошто су нам ближе њихова светлост је до нас путовала краће време, па их видимо онако како су изгледале у ближој прошлости а не из доба из кога видимо HD1. Значај далеких галаксија је у томе што једино код њих можемо да видимо како изгледа рана фаза или можда чак и почетак формирања галаксија. Циљ таквих посматрања је да се нађе што више галаксија на великим и различитим растојањима. Поређењем њихових међусобних разлика, и поређењем с ближим галаксијама даје нам времеплов њиховог развоја, од формирања до садашње епохе. То је сврха ових посматрања.
(Извор Астрономски магазин)
