Hoće li novo otkriće najmoćnijeg teleskopa na svetu promeniti celu kosmologiju?
Univerzum bi mogao biti čak dvostruko stariji nego što savremena kosmologija procjenjue, pokazao je novi teorijski rad Radžendre Gupte, naučnika sa UniverzitetaOtava (Kanada). Naučni članak, objavljen u uglednom astronomskom časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Societytemelji se na novim posmatranjima svemirskog teleskopa Džejms Veb. Guptina teza, s jedne strane, predstavlja veliki izazov za prevlađujući kosmološki model, dok s druge nudi odgovore za neke ozbiljne izazove zabeležene u novijim astronomskim opažanjima.
Šta su to nemoguće stare galaksije?Pre svega ona rešava pitanje opaženih nemoguće starih galaksija.Nemoguće stare galaksije su masivne, zrele galaksije koje su otkrivene u ranom svemiru, oko 300 do 700 miliona godina nakon Velikog praska. Njihovo nedavno otkrivanje izazvalo je iznenađenje jer se očekivalo da će se u tom razdoblju evolucije svemira pronaći samo male, mlade galaksije budući da nije prošlo dovoljno vremena za formiranje zrelih.
Radžendra Gupta (Univerzitet Otava)
Ovde treba imati na umu da se naizmenično koriste dve različite percepcije starosti – jedna u odnosu na početak svemira, odnosno Veliki prasak, i druga u odnosu na trajanje svemira do danas. Zvezda koja se može smatrati najstarijom jer je nastala u samu zoru svemira istovremeno može biti vrlo mlada jer je u trenutku u kojem je mi opažamo imala samo nekoliko stotina miliona godina.Prema jednom radu objavljenom u časopisu Nature jednu takvu nemoguće staru galaksiju, neočekivano velike mase, oko 100 milijardi puta veće od našeg Sunca, nedavno je otkrio svemirski teleskop Džejms Veb.
Najstarija nemoguća galaksija do sada zabeležena jeste GN-z11, koju je takođe snimio ovaj teleskop, a njena starost u trenutku u kojem je vidimo procenjena je na oko 400 miliona godina. Smatra se da je najstarija zvezda, poznata kao Metuzalem, crveni patuljak smešten u Mlečnom putu, stara oko 14,5 milijardi godina, što znači da je u trenutku u kojem je snimljena bila stara samo tristotinak miliona godina.
Ako bi Guptin novi model bio tačan, on bi, pored ostalog, dokinuo potrebu za postojanjem hipotetskih primordijalnih crnih rupa malih dimenzija, a velikih masa, za koje se pretpostavlja da su mogle nastati u vrlo gustom svemiru nedugo nakon Velikog praska. One su kao svojevrsno seme u ranom svemiru mogle ubrzati gomilanje materije i konačno rezultirati bržim formiranjem galaksija koje se opažaju starijima od procenjene starosti svemira.
Važno je podsetiti da mi nemamo mogućnost neposredno izmeriti starost svemira. Mi je procenjujemo na temelju različitih opažanja kao što su eksplozije supernova, kosmičko pozadinsko mikrotalasno zračenje (gore) i crveni pomak u zračenju zvezda i galaksija.Crveni pomak je pojava koju tumači tzv. Doplerov efekat, a javlja se kada se svetlost iz tela koji se udaljava od nas izduži zajedno sa svemirom tako da se njegova frekvencija pomeri prema dužim talasnim dužinama, tj. prema crvenom delu elektromagnetskog spektra. Slično zvuk sirene postaje dublji kada se vozilo udaljava od nas.
Budući da se svemir od nastanka u Velikom prasku širi, a brzine udaljavanja nebeskih tela od nas povećavaju sa udaljenošću, najudaljenija imaju najveći pomak prema crvenom delu spektra pa mi, umesto da vidimo njihovo zračenje u području u kojem bi se to očekivalo prema sastavu zvezda, beležimo veće talasne dužiine. To možemo shvatiti ako zamislimo udaljavanje dve tačke na balonu koji naduvavamo. Što su tačke udaljenije, to se nadimanjem balona njihova brzina udaljavanja više povećava.
Merenjem crvenog pomaka nebskih tela u svemiru astronomi mogu odrediti koliko su se oni udaljili od nas i, prema tome, proceniti brzinu ekspanzije svemira u prošlosti. Na taj način se, uzimajući u obzir razne modele i pretpostavke o prirodi i sastavu svemira, može rekonstruisati povest ekspanzije.Procena starosti svemira na temelju crvenog pomaka zahteva korišćenje Fidmanovih jednačina i Hablove konstante. Fridmanove jednačine opisuju ravnotežu između gravitacijskog privlačenja i ekspanzije svemira, dok Hablova konstanta povezuje brzinu ekspanzije svemira sa udaljenošću nebeskih tela.
Korišćenjem crvenog pomaka i tih jednačina, naučnici mogu proceniti vreme kada je svemir bio mnogo manji i gušći, poznato kao Veliki prasak, i na temelju toga izvesti procenu starosti svemira. Tako je 2021. starost svemira procenjena je na 13m797 milijardi godina (evolucija svemira dole).
Tu sad nastupa izazov s nemoguće starim galaksijama. Naime, najstarija nemoguća galaksija ima spektroskopski crveni pomak od z = 10.957, što odgovara udaljenosti od približno 32 milijarde svetlosnih godina. To znači da je postojala pre 13,4 milijarde godina, samo 400 miliona godina nakon Velikog praska (tu treba imati na umu da je svetlost te galaksije do nas prešla put od 32 milijarde svetlosnih godina, a ne od 13,4 milijardi, jer se svemir za njenog putovanja širio).Koliko je 400 miliona godina malo za evoluciju zvezda i galaksija, govori činjenica da su naša Zemlja i Sunce stari oko 4.6 milijardi godina.
Guptin novi model temelji se na dve duže poznate hipoteze. Prva hipoteza o tzv. umornoj svetlosti Frica Cvikija prema kojoj bi crveni pomak svetlosti iz dalekih galaksija mogao biti rezultat postupnog gubitka energije fotona tokom putovanja kroz ogromne kosmičke udaljenosti. Manje energije znači nižu frekvenciju i veće talasne dužine. Cvikijeva hipoteza o umornom svetlu naišla je na dosta prepreka da bi opstala tako da ju je zamenio model svemira koji se širi.No Gupta u svojem novom naučnom radu kaže da to ne znači nužno da se dva koncepta međusobno isključuju. Kombinacija umorne svetlosti i širenja svemira mogla bi pomoći u rešavanju pitanja zašto se čini da su najraniji kvazari i galaksije stari milijardama godina.
Prema drugoj hipotezi Pla Diracak iz 1937. godine fizičke konstante poput gravitacione mogle bi biti podložne promenama tokom vremena. Gravitaciona bi mogla biti obrnuto proporcionalna kosmičkom vremenu, što znači da bi se njena vrednost vremenom mogla smanjivati.Gupta smatra da bi zabeleženi crveni pomak mogao biti hibridni fenomen, umesto da je isključivo posledica širenja svemira. Dakle, mogao bi biti posledica širenja svemira i promenljive konstante.
Prema Gupti, ako dozvolimo da se konstante s vremenom menjaju, vremenski okvir za formiranje ranih galaksija mogao bi se proširiti s nekoliko stotina miliona godina na nekoliko milijardi godina. „Naš novoosmišljeni model produžuje vreme formiranja galaksija za nekoliko milijardi godina, čime svemir dobija starost od 26,7 milijardi godina, umjesto 13,7 koliko je prethodno procenjeno”, ojasnio je dr Gupta.Ovaj vremenski okvir pruža prihvatljivo tumačenje za visok razvoj opažen u nemoguće starim galaksijama. On, takođe, predlaže da se revidira tradicionalna interpretacija kosmološke konstante, koja predstavlja tamnu energiju odgovornu za ubrzano širenje svemira.Umesto nje, uvesti konstantu koja uzima u obzir evoluciju konstanti.
Reskli smo da se postojeća procena starosti svemira temelji se na modelima nastalim na temelju raznih posmatranja, stoga je podložna promenama. Naučne spoznaje nisu nepromenljive dogme, naprotiv. Naravno, treba istaći da je u novom nazučnom radu reč tek o hipotezi, što znači da bi ona trebalo biti potvrđena kroz druga nezavisna merenja.
(Indeks)
