Када су у питању прве галаксије, свемирски телескоп Јамес Вебб ће покушати да разуме формирање тих галаксија и њихову везу са основном тамном материјом. Дакле, проучавањем галаксија - а посебно њиховог формирања - можемо добити неке наговештаје како тамна материја делује. Барем, то је нада. Испада да је астрономија мало сложенија од тога, а једна од главних ствари са којом морамо да се суочимо приликом проучавања ових далеких галаксија је прашина. Пуно прашине.
То је тачно: добра прастара прашина. И захваљујући неким маштовитим симулацијама, почињемо са рашчишћавањем слике.
Нека буде светлост
Галаксије су први пут почеле да се формирају прилично давно, само неколико стотина милиона година у историју нашег универзума. Али за сада немамо директне слике тих првих галаксија. Они су једноставно предалеко да би њихова светлост дошла до нас без масивног телескопа. Штавише, зато што су тако удаљени и свемир се проширио откад је емитирала своје светлост, више не светлују видљивом светлошћу. Њихова светлост је премештена до инфрацрвеног спектра. Да бисмо уопште имали шансе за мапирање ових новорођенчади, потребно нам је велики инфрацрвени телескоп. Уђите у Јамес Вебб.
Јамес Вебб није инструмент за истраживање; неће мапирати невероватно велику количину свемира. Али дефинитивно ће нам дати неке портрете какав је свемир био пре више од 13 милијарди година, а посебно како су изгледале те младе галаксије. А структура и састав тих галаксија зависи од тамне материје у подлози. Све, од количине тамне материје, од чега се тачно ствара и како одлучује да групишу све, утичу на стварање галаксија. Ова (тренутно непозната) својства тамне материје мењају колико галаксија има, колико су сјајне и чак какве звезде су домаћин.
Међутим, ова веза између галаксија и тамне материје заиста се разуме само у симулацијама. То је зато што немамо пуно директних запажања о тамној материји (као да само име није имало појма). Укратко, не разумемо потпуно шта је тамна материја. Зато понекад морамо нагађати и та нагађања стављамо у рачунарску симулацију раста свемира и видимо како нормална материја попут звезда и гаса и прашине реагује на то и формира галаксије.
Нека буде прашина
Дакле, упоређујући стварне слике и статистике галаксија које је открио Јамес Вебб с нашим различитим симулацијама, можемо се надати да ћемо пронаћи најбоље подударање и одабрати који је модел тамне материје најтачнији. Одатле можемо сазнати још више о универзуму, попут лова на егзотичне моделе гравитације или чак добијања појма о тајанственој природи тамне енергије (што је потпуно посебан чланак).
Ово звучи једноставно, али није. Посматрања у свемиру су врло неуредна и компликована и углавном врло тешка, јер постоји много више за наш свемир него само звезде и галаксије и тамна материја и свемирски телескоп Јамес Вебб.
Ту је и прашина. Много тога.
Прашина је састављена од низа угљеника и кисеоника и још више, вртења и вијугања унутар галаксија, око галаксија и између галаксија. Испада да је интергалактички простор прилично неуредно место. Само је прашина. А прашина се завара у светлост.
Док светлост из тих далеких галаксија пролази кроз милионе на милијарде светлосних година да би се стигло до Џејмсовог Веба, пресијеца се пуно прашине. Та прашина ће је распршити, ослабити и такође ће је поново померити. Другим речима, ако покушавамо да разумемо како изгледају ове младе галаксије, ове галаксије можемо видети само кроз магловиту маглу. Дакле, немамо - и никада нећемо добити - јасне слике раног универзума.
Још једном, симулације за спас.
Илустративни пример
Али овај пут симулације имају додатну помоћ. Имају стварне податке уживо са којима могу да раде. Не подаци из раног свемира (јер га још немамо) већ подаци из оближњег универзума. Направили смо мапе и осматрања и на смешан начин проучавали својства прашине између галаксија у нашем локалном комаду космоса. Ти се подаци затим убацују у симулације раног универзума како би се покушало што прецизније предвидјети шта ће Јамес Вебб заправо видети.
То је попут узимања узорака магле око вас како бисте покушали да схватите како заправо изгледа далеки светионик.
Недавно је тим истраживача објавио резултате из скупа симулација под називом Иллустрис. Као што име сугерира, ове симулације су невјероватно софистициране и укључују не само тамну материју и формирање галаксија, већ чак и симулирање свјетлости емитиране из тих галаксија док пролази кроз милијарду свјетлосних година прашине и у нешто попут Јамеса Вебба.
Кључни циљ симулација био је предвидети шта ће Јамес Вебб видети у ономе што астрономи називају функцијом светлости галаксије. То је само фантастичан начин да се каже колико ће се галаксија са сваког нивоа светлине видети: колико заиста светлих, колико средњих, колико пригушених, и тако даље. На функцију светлости галаксије утичу својства тамне материје: на пример, ако се тамна материја осећа нарочито неспретно, онда ће наш универзум имати више светлих галаксија и то ће променити ову функцију светлости.
Али сама функција светлости такође утиче на прашину, јер прашина мења сву светлост која се емитује из свих галаксија. Ове су симулације један од првих покушаја пружања слике од краја до краја која повезује оно што ће видети Јамес Вебб (другим речима, какви ће подаци заиста бити) са основном физиком тамне материје и формирањем галаксија.
Наравно да је ово само први корак; ове симулације укључују много претпоставки и најбољих нагађања заснованих на тренутним запажањима. Али сигуран сам да ћемо, до тренутка када Јамес Вебб заиста лети, имати много више података и много више симулација испод појаса.
Прочитајте још: "ЈВСТ предвиђања високог црвеног померања компаније ИллустрисТНГ: Моделирање прашине и светлеће галаксије"
