Хоће ли ново откриће најмоћнијег телескопа на свету променити целу космологију?
Универзум би могао бити чак двоструко старији него што савремена космологија процјењуе, показао је нови теоријски рад Раџендре Гупте, научника са Универзитета Отава (Канада). Научни чланак, објављен у угледном астрономском часопису Monthly Notices of the Royal Astronomical Society темељи се на новим посматрањима свемирског телескопа Џејмс Веб. Гуптина теза, с једне стране, представља велики изазов за превлађујући космолошки модел, док с друге нуди одговоре за неке озбиљне изазове забележене у новијим астрономским опажањима.
Шта су то немогуће старе галаксије? Пре свега она решава питање опажених немогуће старих галаксија. Немогуће старе галаксије су масивне, зреле галаксије које су откривене у раном свемиру, око 300 до 700 милиона година након Великог праска. Њихово недавно откривање изазвало је изненађење јер се очекивало да ће се у том раздобљу еволуције свемира пронаћи само мале, младе галаксије будући да није прошло довољно времена за формирање зрелих.
Раџендра Гупта (Универзитет Отава)
Овде треба имати на уму да се наизменично користе две различите перцепције старости – једна у односу на почетак свемира, односно Велики прасак, и друга у односу на трајање свемира до данас. Звезда која се може сматрати најстаријом јер је настала у саму зору свемира истовремено може бити врло млада јер је у тренутку у којем је ми опажамо имала само неколико стотина милиона година. Према једном раду објављеном у часопису Nature једну такву немогуће стару галаксију, неочекивано велике масе, око 100 милијарди пута веће од нашег Сунца, недавно је открио свемирски телескоп Џејмс Веб.
Најстарија немогућа галаксија до сада забележена јесте GN-z11, коју је такође снимио овај телескоп, а њена старост у тренутку у којем је видимо процењена је на око 400 милиона година. Сматра се да је најстарија звезда, позната као Метузалем, црвени патуљак смештен у Млечном путу, стара око 14,5 милијарди година, што значи да је у тренутку у којем је снимљена била стара само тристотинак милиона година.
Ако би Гуптин нови модел био тачан, он би, поред осталог, докинуо потребу за постојањем хипотетских примордијалних црних рупа малих димензија, а великих маса, за које се претпоставља да су могле настати у врло густом свемиру недуго након Великог праска. Оне су као својеврсно семе у раном свемиру могле убрзати гомилање материје и коначно резултирати бржим формирањем галаксија које се опажају старијима од процењене старости свемира.
Важно је подсетити да ми немамо могућност непосредно измерити старост свемира. Ми је процењујемо на темељу различитих опажања као што су експлозије супернова, космичко позадинско микроталасно зрачење (горе) и црвени помак у зрачењу звезда и галаксија. Црвени помак је појава коју тумачи тзв. Доплеров ефекат, а јавља се када се светлост из тела који се удаљава од нас издужи заједно са свемиром тако да се његова фреквенција помери према дужим таласним дужинама, тј. према црвеном делу електромагнетског спектра. Слично звук сирене постаје дубљи када се возило удаљава од нас.
Будући да се свемир од настанка у Великом праску шири, а брзине удаљавања небеских тела од нас повећавају са удаљеношћу, најудаљенија имају највећи помак према црвеном делу спектра па ми, уместо да видимо њихово зрачење у подручју у којем би се то очекивало према саставу звезда, бележимо веће таласне дужиине. То можемо схватити ако замислимо удаљавање две тачке на балону који надувавамо. Што су тачке удаљеније, то се надимањем балона њихова брзина удаљавања више повећава.
Мерењем црвеног помака небских тела у свемиру астрономи могу одредити колико су се они удаљили од нас и, према томе, проценити брзину експанзије свемира у прошлости. На тај начин се, узимајући у обзир разне моделе и претпоставке о природи и саставу свемира, може реконструисати повест експанзије. Процена старости свемира на темељу црвеног помака захтева коришћење Фидманових једначина и Хаблове константе. Фридманове једначине описују равнотежу између гравитацијског привлачења и експанзије свемира, док Хаблова константа повезује брзину експанзије свемира са удаљеношћу небеских тела.
Kоришћењем црвеног помака и тих једначина, научници могу проценити време када је свемир био много мањи и гушћи, познато као Велики прасак, и на темељу тога извести процену старости свемира. Тако је 2021. старост свемира процењена је на 13м797 милијарди година (еволуција свемира доле).
Ту сад наступа изазов с немогуће старим галаксијама. Наиме, најстарија немогућа галаксија има спектроскопски црвени помак од z = 10.957, што одговара удаљености од приближно 32 милијарде светлосних година. То значи да је постојала пре 13,4 милијарде година, само 400 милиона година након Великог праска (ту треба имати на уму да је светлост те галаксије до нас прешла пут од 32 милијарде светлосних година, а не од 13,4 милијарди, јер се свемир за њеног путовања ширио). Kолико је 400 милиона година мало за еволуцију звезда и галаксија, говори чињеница да су наша Земља и Сунце стари око 4.6 милијарди година.
Гуптин нови модел темељи се на две дуже познате хипотезе. Прва хипотеза о тзв. уморној светлости Фрица Цвикија према којој би црвени помак светлости из далеких галаксија могао бити резултат поступног губитка енергије фотона током путовања кроз огромне космичке удаљености. Мање енергије значи нижу фреквенцију и веће таласне дужине. Цвикијева хипотеза о уморном светлу наишла је на доста препрека да би опстала тако да ју је заменио модел свемира који се шири. Но Гупта у својем новом научном раду каже да то не значи нужно да се два концепта међусобно искључују. Kомбинација уморне светлости и ширења свемира могла би помоћи у решавању питања зашто се чини да су најранији квазари и галаксије стари милијардама година.
Према другој хипотези Пла Дирацак из 1937. године физичке константе попут гравитационе могле би бити подложне променама током времена. Гравитациона би могла бити обрнуто пропорционална космичком времену, што значи да би се њена вредност временом могла смањивати. Гупта сматра да би забележени црвени помак могао бити хибридни феномен, уместо да је искључиво последица ширења свемира. Дакле, могао би бити последица ширења свемира и променљиве константе.
Према Гупти, ако дозволимо да се константе с временом мењају, временски оквир за формирање раних галаксија могао би се проширити с неколико стотина милиона година на неколико милијарди година. „Наш новоосмишљени модел продужује време формирања галаксија за неколико милијарди година, чиме свемир добија старост од 26,7 милијарди година, умјесто 13,7 колико је претходно процењено”, ојаснио је др Гупта. Овај временски оквир пружа прихватљиво тумачење за висок развој опажен у немогуће старим галаксијама. Он, такође, предлаже да се ревидира традиционална интерпретација космолошке константе, која представља тамну енергију одговорну за убрзано ширење свемира. Уместо ње, увести константу која узима у обзир еволуцију константи.
Рескли смо да се постојећа процена старости свемира темељи се на моделима насталим на темељу разних посматрања, стога је подложна променама. Научне спознаје нису непроменљиве догме, напротив. Наравно, треба истаћи да је у новом назучном раду реч тек о хипотези, што значи да би она требало бити потврђена кроз друга независна мерења.
(Индекс)
