Teorii despre Univers / Corina Rotaru

Tot ceea ce oamenii cunosc despre Univers aparţine prezentului. Însă perspectiva prezentului este de fapt o privire înspre trecut. Născut în urma Big Bang-ului, Universul a fost la început foarte dens şi foarte cald, iar de atunci nu a încetat să se extindă şi să se răcească. Despre viitorul său nu aveam nici o certitudine până în anul 1998. De la începutul lunii ianuarie şi până în ultimele zile ale lunii decembrie ale acelui an, destinul Universului s-a dezvăluit încetul cu încetul, în ritmul publicaţiilor ştiinţifice cu veşti provenind de la două echipe ştiinţifice: cea de la Lawrence Berkeley National Laboratory (California, SUA), iniţiatoarea proiectului Supernova Cosmology, coordonată de Saul Perlmutter şi echipa de cercetători High-Z Supernova Search, condusă de Brian Schmidt de la Australian National Observatory (Australia).

Cele două echipe, constituite fiecare din circa 20 de cercetători de naţionalităţi diferite, au ajuns la aceeaşi concluzie: Universul nu a încetat să se extindă ci, contrar a ceea ce se considera, expansiunea sa se accelerează.

Există o energie misterioasă, cum a sugerat şi Einstein în 1917, capabilă să învingă efectele gravitaţiei, cea care tinde să apropie galaxiile şi să împiedice expansiunea. Ce semnificaţie are constanta cosmologică introdusă de marele fizician şi neglijată de astrofizicieni mult timp?

Cu ani în urmă toţi astrofizicienii gândeau că viitorul Universului nu depinde decât de densitatea materiei. Dacă această densitate este superioară densităţii critice de cca. 5 atomi/m3  gravitaţia învinge expansiunea, forţând Universul să se contracte şi să se prăbuşească în el însuşi (Universul închis). Acesta este scenariul pentru „Big Crunch”, procesul invers Big Bang-ului. Dacă densitatea materiei este mai mică decât densitatea critică, Universul îşi continuă expansiunea (Univers deschis). În cazul în care densitatea Universului este egală cu densitatea critică expansiunea este încetinită, fără să se oprească vreodată (Univers plat).

Aceste trei variante concordă cu observaţiile şi teoriile astrofizicienilor. Pe de o parte, avem radiaţiile microunde, vestigii ale primelor clipe ale Universului care au ajuns până la noi. Pe de altă parte, există teoria inflaţiei, scenariul favorit al cosmologilor, conform căreia Universul ar fi suferit o fază de expansiune accelerată la începutul existenţei sale, trecând de la dimensiunile unui vârf de ac la aceea de zece ori mai mare decât galaxia noastră într-o fracţiune de secundă.

Problema astrofizicienilor este cunoaşterea densităţii materiei din Univers. Materia vizibilă nu poate singură să determine o prăbuşire a Universului de tip Big Crunch. Despre materia întunecată se pune problema cum să fie cuantificată, deoarece nu se vede. Pentru a determina viteza de expansiune a Universului astrofizicienii folosesc supernovele de tip 1a. Aceste stele care au atins stadiul final al existenţei lor, explodează într-un mod atât de violent încât devin, în timp de câteva săptămâni, la fel de luminoase ca o galaxie întreagă. Sunt uşor de reperat, chiar dacă se află la distanţe de mai multe miliarde de ani-lumină.  În plus, ele explodează emiţând întotdeauna lumină. Măsurând luminozitatea, astrofizicienii pot deduce distanţa până la supernovă.

Cum supernovele sunt fenomene foarte rare, cercetătorii au conceput o metodă pentru a le observa. Cercetătorii proiectului Supernova Cosmology au căutat să obţină cât mai multe clişee ale zonelor mai puţin luminoase ale cerului, timp de 2-3 nopţi cât dispuneau de telescop. Apoi, realizau acelaşi lucru 3 săptămâni mai târziu şi comparau imaginile.

Obţinând sute de imagini, astrofizicienii au supravegheat aproape 10.000 de galaxii descoperind douăsprezece supernove. Din momentul reperării lor, cercetătorii au stabilit curba luminozităţii şi au urmărit spectrul supernovelor, pentru a observa îndepărtarea lor. În timp ce o stea se îndepărtează, lumina ajunge la noi cu lungime de undă mai mare decât lungimea de undă originară. Cu cât spectrul stelei este deplasat spre roşu, cu atât ea se îndepărtează mai repede.

Pe baza datelor obţinute echipa de cercetători a început să calculeze, cu ajutorul ecuaţiilor relativităţii, densitatea materiei din Univers. Rezultatul obţinut a fost complet aberant: o densitate negativă a materiei. Dar materia există, o vedem!

Cele două echipe au utilizat metode de calcul diferite, metode de fotometrie paralele, supernove distincte. În final,  au ajuns la aceeaşi concluzie care a provocat stupoare.

Astrofizicienii uitaseră un termen în ecuaţiile lor – constanta cosmologică. Aceasta, numită „energia vidului”, s-a născut  în 1917 din teoriile lui Einstein. În acea perioadă, marele fizician era convins că Universul este static. El a introdus constanta în ecuaţiile Teoriei Relativităţii Generalizate pentru a compensa efectul gravitaţiei şi a evita ca Universul să se prăbuşească în el însuşi. Când astrofizicianul Edwin Hubble a arătat, în 1929, că Universul este în expansiune, constanta nu mai avea raţiunea de a fi şi a căzut în dizgraţie.

După 70 de ani, această misterioasă constantă a revenit. Incluzând-o în ecuaţii, astrofizicienii au obşinut rezultate care nu mai erau aberante. După efectuarea calculelor a apărut o nouă surpriză: expansiunea Universului nu este pe cale să încetinească, ci dimpotrivă, se accelerează.  Materia nu reprezintă decât  cca. 30% din conţinutul Universului, iar restul de 70% există sub forma unei energii invizibile, care tinde să producă expansiunea.

Teoreticienii au primit bine aceste rezultate experimentale. Ele diminuează importanţa materiei şi nu este deci necesară căutarea unor mari cantităţi de materie întunecată pentru a explica comportarea Universului. Pe de altă parte, considerarea constantei cosmologice nulă crează serioase probleme teoretice.

Ce fenomene se ascund în spatele constantei? Fizicienii o interpretează ca densitarea de energie a vidului. Această noţiune poate părea stranie pentru un necunoscător, dar pentru specialişti vid înseamnă „fără materie”, nu „fără nimic”. În următoarele decenii, o temă de lucru a fizicienilor va fi înţelegerea modului în care energia vidului poate învinge gravitaţia şi antrena Universul în expansiune infinită.

 

In celebration of the 21st anniversary of the Hubble Space Telescope's deployment into space, astronomers at the Space Telescope Science Institute in Baltimore, Md., pointed Hubble's eye to an especially photogenic group of interacting galaxies called Arp 273. The larger of the spiral galaxies, known as UGC 1810, has a disk that is tidally distorted into a rose-like shape by the gravitational tidal pull of the companion galaxy below it, known as UGC 1813. A swath of blue jewels across the top is the combined light from clusters of intensely bright and hot young blue stars. These massive stars glow fiercely in ultraviolet light. The smaller, nearly edge-on companion shows distinct signs of intense star formation at its nucleus, perhaps triggered by the encounter with the companion galaxy. A series of uncommon spiral patterns in the large galaxy is a tell-tale sign of interaction. The large, outer arm appears partially as a ring, a feature seen when interacting galaxies actually pass through one another. This suggests that the smaller companion actually dived deep, but off-center, through UGC 1810. The inner set of spiral arms is highly warped out of the plane with one of the arms going behind the bulge and coming back out the other side. How these two spiral patterns connect is still not precisely known. A possible mini-spiral may be visible in the spiral arms of UGC 1810 to the upper right. It is noticeable how the outermost spiral arm changes character as it passes this third galaxy, from smooth with lots of old stars (reddish in color) on one side to clumpy and extremely blue on the other. The fairly regular spacing of the blue star-forming knots fits with what is seen in the spiral arms of other galaxies and is predictable based on instabilities in the gas contained within the arm. The larger galaxy in the UGC 1810 - UGC 1813 pair has a mass that is about five times that of the smaller galaxy. In unequal pairs such as this, the relatively

Arp 273 Foto: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Articolul precedent
Câteva aplicaţii ale teoriei atractorilor în geografie / Cristian Florea
Articolul următor
Steven Weinberg şi spiritul bun al ştiinţei / Doru Căstăian

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

Fill out this field
Fill out this field
Te rog introdu o adresă email validă.
You need to agree with the terms to proceed

Meniu