Astronomia pod strzechy XVI

Ostatnimi czasy coś, co wydawało się niemożliwą do wydarcia tajemnicą kuchni Pana Boga – czyli przebieg Wielkiego Wybuchu – staje się pomału coraz bardziej rozbite na kolejne, poddające się naszemu rozumieniu, etapy.

Kolejne etapy ewolucji wczesnego Wszechświata: Początek, inflacja, Wielki Wybuch, era rekombinacji i czas formowania się pierwszych gwiazd i galaktyk. Źródło: Andrea Danti.

Naukowcy zgadzają się co do tego, że Wszechświat powstał około 13.8 mld lat temu. Jak powstał? To już inna sprawa. Szacuje się, że w ciągu jednej trylionowej sekundy Wszechświat przebył fazę tzw. inflacji – napęczniał o czynnik rzędu oktyliona (10^26 razy).

Takie pęcznienie musiało (co wiemy choćby z termodynamiki) wywołać spadek temperatury Wszechświata jako całości. Późniejsza faza – zwana ponownym podgrzaniem (ang. reheating) – łączy to, co dotychczas wiemy o fazie inflacji z fazą Wielkiego Wybuchu (Big Bang). Interesujące jest, że owo przejście z jednego do drugiego jest wytłumaczalne na kanwie współczesnych teorii fizycznych.

Wygląda, że inflacja pod koniec swojego trwania (owej jednej trylionowej sekundy) utorowała drogę Wielkiemu Wybuchowi. Czyli schłodzony nią Wszechświat znów stał się gorący I pełen materii. Jak to się stało? Być może – jak sugeruje David Kaiser, astrofizyk z MIT – rolę odegrały efekty kwantowej grawitacji (wynika to a faktu oddziaływania materii z grawitacją we wczesnym Wszechświecie).

Voyager-2 na tle opuszczanego przezeń Układu Słonecznego (wizja artystyczna). Źródło: NASA/ESA/G. Bacon/STScI.

W przeciwieństwie do znanej nam, przyciągającej ciała z energią, grawitacji – siłą sprawczą było w inflacji odpychanie. To zmieniało z kolei rozkład materii we Wszechświecie, co ostatnio udało się zasymulować. Kolejną fazą którą obserwujemy, już oswojeni, jest faza produkcji promieni reliktowych, około 380000 lat po Wielkim Wybuchu. Można rzec, że im większymi laboratoriami dysponujemy tym głębiej w początek Wszechświata sięgamy.

Symulacja obejmowała 2 rodzaje materii, którym nadane zostało prawo do oddziaływania na poziomie subatomowym – z grawitacją. Przypuszcza się, że ślady inflacji powinny być widoczne także w promieniowaniu reliktowym (obserwowanym przez COBE, WMAP-a czy satelitę Planck). Efekt kwantowy przejawia się w tym, że dla ultrawysokich energii cząstek oddziałujących stała grawitacji przestaje być stałą tylko zależy od miejsca i czasu we wczesnym Wszechświecie. Efekt ten w języku angielskim określa się jako non-minimal coupling (sprzężenie).

W symulacjach odkryto, iż im większe “podkręcenie” oddziaływania sprzężeniem, tym prędzej wychłodzony inflacją Wszechświat ulega z powrotem podgrzaniu aż do fazy Wielkiego Wybuchu. Takie strojenie (tuning) modelu umożliwia naukowcom wydobycie informacji jak prędko mogła nastąpić faza prowadząca już do Wielkiego Wybuchu. Twórcy symulacji piszą o tym okresie, że Wszechświat na chwilę oszalał (got haywire).

Trajektoria lotu obu sond Voyager wraz z datami przelotu obok planet olbrzymów. Źródło: NASA/JPL-Caltech.

Inną ciekawą wiadomością ostatnio było osiągnięcie przez Voyagera-2 przestrzeni międzygwiezdnej. Objawiło się to poprzez skokową zmianę gęstości plazmy poruszanej (w obrębie Układu Słonecznego) wiatrem słonecznym. Voyager-2, zdaje się, dotarł do szoku związanego ze zrównoważeniem się oddziaływania Słońca z oddziaływaniem sąsiednich gwiazd (tzw. ośrodka międzygwiazdowego). Przejście do ISM (Interstellar Medium) nastąpiło 6 lat po analogicznym skoku gęstości plazmy odnotowanym przez instrumenty Voyagera-1.

Anatomia zewnętrznych rejonów Układu Słonecznego wg wskazań Voyagerów. Źródło: NASA/JPL-Caltech.

Voyager-2 znajduje się obecnie o ponad 12 mld km od Słońca. Jego podróż z Ziemi trwa 42 lata. Z pomiarów obu sond wynika, że heliosfera jest symetryczna. Natomiast heliopauza wydaje się mieć zmienną grubość. Sondowanie granic Układu Słonecznego przez oba Voyagery porównano do poznawania budowy słonia przy użyciu dwóch mikroskopów. Voyagera-1 z kolei dzieli od Słońca 13.5 mld km czyli jakieś 19 godzin świetlnych. To ponad 3x dalej niż Pluton. Warto pamiętać, że Voyager znaczy “podróżnik”.

Marcin “Doktorek” Kolonko

Dodaj komentarz

Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.