Како време пролази десно-лево, ова визуализација показује формирање првих звезда из измаглице неутралног водоника након космичке зоре свемира.
(Слика: © НАСА / СТСцИ)
Паул Суттер је астрофизичар са Државног универзитета у Охају и главни научник у научном центру ЦОСИ. Суттер је такође домаћин Аск а Спацеман и Спаце Радио и води АстроТоурс широм света. Суттер је овај чланак допринео стручним гласовима Спаце.цом-а: Оп-Ед & Инсигхтс.
Можда је највеће откриће у последњих сто година проучавања свемира то што се наш дом мења и развија с временом. И то не само на мање, безначајне начине попут звезда које се крећу, гасних облака који се компримирају и масивних звезда које умиру у катаклизмичким експлозијама. Не, цео наш космос је више пута мијењао свој фундаментални карактер у далекој прошлости, потпуно мењајући своје унутрашње стање у глобалном - односно универзалном - обиму.
Узмимо, на пример, чињеницу да у једном тренутку магловите, лоше памћене прошлости, није било звезда.
Пре првог светла
Ову једноставну чињеницу знамо због постојања космичке микроталасне позадине (ЦМБ), купељи слабог али упорног зрачења који натапа читав универзум. Ако наиђете на случајни фотон (мало светлости), постоји велика шанса да је из ЦМБ - та светлост заузима више од 99,99% свих зрачења у универзуму. То је остатак који је остао из времена када је свемир био стар само 270.000 година, а прешао је из вруће, ваљане плазме у неутралну супу (без позитивног или негативног набоја). Тај прелаз је испуштао бело-вруће зрачење које се током 13,8 милијарди година хладило и проширило у микроталасе, пружајући нам позадинско светло које данас можемо да детектујемо. [Космичка микроталасна позадина: Објашњена религија великог праска (Инфограпхиц)]
У време изласка ЦМБ-а, свемир је био око милионинду свог садашњег волумена и хиљадама степени топлији. Такође је био скоро уједначен, са разликама густине не већим од 1 дела у 100.000.
Дакле, не баш у држави у којој би звезде могле да срећно постоје.
Мрачно доба
У милионима година након ослобађања ЦМБ-а (познато под називом "рекомбинација" у астрономским круговима, због историјског неразумевања још ранијих епоха), свемир је био у чудном стању. Постојала је упорна купка бело-врућег зрачења, али то је зрачење брзо хладило док је свемир наставио неумољиво ширење. Било је тамне материје, наравно, дружење гледајући сопствени посао. И ту је сада неутралан гас, готово у потпуности водоник и хелијум, коначно пуштен из својих борби са зрачењем и слободан да ради како жели.
А оно што је радо било јесте да се дружи са што више себе. Срећом, није морало да делује јако: У веома раном свемиру микроскопске квантне флуктуације су се повећавале и постале тек мале разлике у густини (и зашто се то догодило, прича је за још један дан). Ове ситне разлике у густини нису утицале на веће космолошке експанзије, али су утицале на животе тог неутралног водоника. Свака закрпа која је била нешто гушћа од просека - чак и малим ситним ситницама - имала је нешто снажнији гравитациони потез према својим комшијама. То појачано повлачење охрабрило је више гаса да се придружи странци, што је појачало гравитациони тегљач, што је охрабрило још више суседа и тако даље.
Попут гласне музике на кућној забави која дјелује као пјесма сирене како би се охрабрили већи број откривача, током милиона година богати је плин постајао богатији, а сиромашни гас сиромашнији. Једноставном гравитацијом расту ситне разлике у густини, градећи прве масивне агломерације материје и испразнивши своје окружење.
"Космичка зора" пропада
Негде, негде, неки комад неутралног водоника је имао среће. Накупљајући слојеве преко огромних слојева на себи, унутрашња језгра је достигла критичну температуру и густину, форсирајући атомска језгра заједно у компликованом обрасцу, паливши се у нуклеарној фузији и претварајући сировину у хелијум. Тај грозни процес такође је ослободио мало енергије, и у трен ока родила се прва звезда.
Први пут од првих десетак минута Великог праска, нуклеарне реакције су се одиграле у нашем универзуму. Нови извори светлости, уносећи космос, преплавили су некоћ празну празнину зрачењем. Али нисмо баш сигурни када се тај значајни догађај догодио; запажања ове епохе изузетно су тешка. За прво, огромне космолошке удаљености спречавају чак и наше најмоћније телескопе да посматрају ту прву светлост. Оно што још више погоршава то што је рани свемир био готово у потпуности неутралан, а неутрални гас не емитује пуно светлости у првом реду. Тек што се више генерација звезда не споје у друге галаксије, можемо чак и добити наговештај ове важне старости.
Сумњамо да су се прве звезде формирале негде у првих неколико стотина милиона година свемира. Није много касније да имамо директна посматрања галаксија, активних галактичких језгара, па чак и почетака гроздова галаксија - најмасивнијих структура које би на крају могле да настану у свемиру. Нешто пре њих морале су стићи прве звезде, али не прерано, јер би ужурбани услови дечијег свемира спречили њихово стварање.
Преко хоризонта
Иако ће предстојећи свемирски телескоп Јамес Вебб моћи да прецизно открива ране галаксије, нудећи обиље података о раном свемиру, уско видно поље телескопа неће нам дати читаву слику ове ере. Научници се надају да би неке од најранијих галаксија могле садржавати остатке првих звезда - или чак и самих звезда -, али ћемо морати сачекати и (буквално) видети.
Други начин за откључавање космичке зоре је кроз изненађујућу чудност неутралног водоника. Када се квантни спинови електрона и протона насумично окрећу, водоник емитује зрачење врло специфичне таласне дужине: 21 центиметар. Ово зрачење нам омогућава да мапирамо џепове неутралног водоника у нашем модерном Млечном путу, али екстремне удаљености до ере космичке зоре у потпуности представљају другачији изазов.
Проблем је што се свемир проширио од оне давно мртве ере, због чега се сва интергалактичка зрачења шире на веће таласне дужине. Данас примордијални неутрални водоник има таласну дужину око 2 метра, постављајући сигнал чврсто у радио опсеге. И многе друге ствари у свемиру - супернове, галактичка магнетна поља, сателити - прилично су гласне на истим фреквенцијама, затамњујући слабашни сигнал из раних година универзума.
Постоји неколико мисија широм света које покушавају да се домогну тог сочног сигнала космичке зоре, ископају његов исконски шапат из данашње какофоније и открију рођење првих звезда. Али за сада ћемо само чекати и слушати.
Сазнајте више слушајући епизоду "Шта је пробудило космичку зору?" у подкасту Аск А Спацеман, доступан на иТунес-у и на веб локацији хттп://ввв.аскаспацеман.цом. Хвала Јоице С. на питањима која су довела до овог дела! Поставите своје питање на Твиттеру користећи #АскАСпацеман или пратећи Паул @ ПаулМаттСуттер и фацебоок.цом/ПаулМаттСуттер. Пратите нас @Спацедотцом, Фацебоок и Гоогле+. Оригинални чланак на Спаце.цом.
