ASTRONOMIJA

Pripremio: Mirko jakovljević

U potrazi za pozadinskim zračenjem

Zvezde nisu imale dovoljno vremena

Ono što je u pozadini obično ne zanima naučnike, ali to ne važi za one koje se bave pozadinskim zračenjem. Oni prvo sabiraju svo svetlo koje dolazi iz određenog regiona u svemiru. Potom sistematski oduzimaju od onog što dolazi od poznatih objekata poput zvezda, galaksija i gasovitih oblaka - što se sve naziva prednjim planom. Ako nešto preostane, znaju da je njihov popis nebeskih tela nekompletan.

Sa porastom preciznosti teleskopa, naučnici su utvrdili sve više pozadinskog zračenja. Tako je otkriveno da su svi prethodni popisi svemira nekompletni. Na primer, prilično je potcenjena dominacija supermasivnih crnih rupa. One nisu izolovani neobični slučajevi, već ih ima svuda. Ranije studije su ih propustile jer ih skriva velika količina prašine. S obzirom da se sada mogu jasno posmatrati, uskoro bi ih naučnici mogli objasniti u potpunosti.

To ne znači da će naučnici uspeti da vide sve što postoji. Astronomi ne mogu da popišu svako nebesko telo, kao što ni biolozi ne mogu da izbroje svakog insekta. Ali, kao što biolozi mogu da tvrde da poznaju sve glavne tipove kopnenih sisara, tako bi i astronomi mogli da identifikuju sve glavne vrste objekata koji emituju svetlost.

Oduzimanje povećava greške

Kada ljubitelji astronomije čuju reč pozadina, odmah pomisle na kosmičku mikrotalasnu pozadinu (cosmic microwave background – cmb). Ovo neuhvatljivo radio-zračenje izgleda ima raspršeno poreklo - vrelu plazmu koja je ispunjavala svemir kada je bio star samo 400 hiljada godina. Kroz širenje svemira, ovo zračenje danas se posmatra na najvišoj talasnoj dužini od oko jednog milimetra, što odgovara temperaturi od 2,7 kelvina. Studija spektra i distribucije cmb pružila je značajne dokaze za teoriju velikog praska.

Ali, cmb je samo deo priče. Čitava elektromagnetna pozadina je u stvari mešavina sastojaka, od kojih svaki dominira određenim rasponom talasnih dužina. Pored cmb, postoje i manje poznate: kosmička pozadina x-zraka (cxb), kosmička infracrvena pozadina (cib) i kosmička optička pozadina (cob).

Precizno merenje ovih komponenti deluje jednostavno: treba izmeriti ukupni signal, a potom oduzeti sve poznate izvore između zemlje i dubokog svemira (signale iz našeg solarnog sistema, emisiju iz drugog dela galaksije, itd.). Međutim, izvesti sve računice sa dovoljnom preciznošću je vrlo problematično; oduzimanje je operacija koja samo povećava grešku. Uprkos poteškoćama, istraživači su odredili spektar kosmičkog zračenja veoma precizno.

Aktivna galaktička jezgra

Da bi upotrebili pozadinsko zračenje pri utvrđivanju svih izvora svetlosti, astronomi su morali da razviju načine da uporede ono što se meri sa onim što se očekuje. To nije lak zadatak pošto pozadina predstavlja mešavinu svetlosti različitih vrsta astronomskih objekata. Svetlost zvezda se uglavnom ograničava na skoro infracrvenu, optičku i ultraljubičastu talasnu dužinu. Kvazari i druga aktivna galaktička jezgra sijaju u veoma velikom rasponu, od radio do gama talasnih dužina. Oblaci prašine apsorbuju optičku, ultravioletnu i svetlost x-zraka i ponovo oslobađaju tu energiju u rasponu infracrvene. Ono što dodatno komplikuje stvari je činjenica da pozadina stapa svelost od predmeta na ogromnim udaljenostima i u različitim stadijumima evolucije.

Jedna od strategija je da se sprovedu detaljne istrage neba - da se posmatra u najvećoj rezoluciji i osetljivosti i da se tako odrede pojedinačni izvori pozadinskog zračenja. Poređenjem nalaza na različitim talasnim dužinama, možemo odrediti kakvi su objekti ti izvori. Ipak, ovaj direktni pristup može ispuniti zahtevanu preciznost samo za relativno svetle objekte na veoma ograničenom prostoru neba. Za širu sliku, bolja je druga tehnika koja se naziva sinteza populacije: treba izračunati očekivanu emisiju mogućih kombinacija objekata pa je zatim uporediti sa merenjima pozadine i nastaviti sa ispitivanjem različitih kombinacija dok se ne dođe do one prave.

Cxb pozadina je prva otkrivena pa je proučavana više od drugih komponenti. Dugo se smatralo da cxb možda potiče od nekog vrelog intergalaktičkog gasa; međutim, tokom devedesetih je potvrđeno da se to odnosi samo na mali deo pozadine x-zraka i da ona većinom potiče od zasad neutvrđenih izvora.

Dosadašnja istraživanja su pokazala da bi ti izvori mogli biti različita aktivna galaktička jezgra - uglavnom svetli kvazari i takozvane sajfert-1 galaksije.

Crna ovca u susedstvu Mlečnog puta

NGC 6240

Zbog apstraktnosti i tehnološke složenosti, naučnici su došli i do treće strategije za proučavanje pozadine: treba pretražiti obližnji svemir u potrazi za galaksijama koje odgovaraju tipu sajfert-2. Kod ovih galaksija prašina sprečava uvid u njihove središnje crne rupe, a to bi moglo biti ključno za objašnjenje pozadinskog zračenja.

Pronađena je jedna odgovarajuća galaksija - NGC 6240. Radi se o jednoj od crnih ovaca u susedstvu mlečnog puta. Ona pripada egzotičnoj vrsti poznatoj pod imenom ultrasvetle infracrvene galaksije (ultraluminous infrared galaxies - ULIRG). Takve galaksije emituju veći deo svoje ukupne energije u infracrvenom delu spektra, što bi moglo značiti da su prezasićene prašinom. Zbog toga što se prašina sastoji od teških hemijskih elemenata koji se sintetišu u zvezdama i koji su razbacani širom svemira kada te zvezde umru, velike količine prašine nagoveštavaju veliki broj formacija zvezda.

I dok mlečni put stvara nekoliko novih zvezda godišnje, NGC 6240 sigurno stvara na hiljade. U središtu ovog sistema se nalazi jedna od najproždrljivijih crnih rupa u obližnjem svemiru. Spektar ove galaksije ima isti oblik kao i kosmička pozadina. Sadrži sve sastojke potrebne da se objasni pozadina, iako je i dalje potrebno pomešati ih u odgovarajućim proporcijama.

Nakon studija galaksije NGC 6240 i njoj sličnih, astronomi su nastojali da utvrde da li bi aktivna galaktička jezgra i nastajanja zvezda mogli objasniti i pozadinu x-zraka i optičku i infracrvenu pozadinu. Odgovor je, izgleda: ne. Utvrđeno je da do 30% kosmičkog infracrvenog zračenja stvaraju aktivna jezgra.

Tama zdravo za gotovo

Potrebne su dalje detaljne studije da se raspletu različiti procesi koji doprinose formiranju pozadine, a u opservatorijama će morati da prouče neke od objekata koje su primetili sateliti. Sve bi to trebalo da doprinese objašnjenju neobične veze galaksija i crnih rupa u njihovim središtima, da se zaključi šta se formiralo prvo i da se opiše kako se formiranje zvezda odnosi na aktivnost crnih rupa.

Studija pozadine je klasičan primer kako ništa u astronomiji nije onako kako izgleda. Samo prisustvo pozadine ukazuje da noćno nebo nije potpuno tamno. Tokom većeg dela istorije čovečanstva, tama noćnog neba uzimana je zdravo za gotovo. U beskonačnom svemiru ispunjenom zvezdama, svaka linija vida trebalo bi da naiđe na neku zvezdu. Tamnjenje zvezda sa udaljenošću bi trebalo da bude poništeno povećanjem broja zvezda koje se vide sve dalje, pa bi noćno nebo trebalo da deluje svetlo poput površine sunca. Dan i noć bi trebalo da se spoje u jedno.

Ova zagonetka, poznata kao olberov paradoks, rešena je u poemi „eureka“ američkog pisca edgara alana poa. Njegov stav je da zvezde sigurno nisu imale dovoljno vremena da ispune svemir svetlošću. Tama noćnog neba nam, govori da svemir nije oduvek postojao. Ova pretpostavka ne samo da je odolela vremenu, već se ispostavila kao ključna u nastajanju teorije o velikom prasku.

Ipak, noć nije crna kao ugalj; ispunjava je kosmička pozadina. Iako smo daleko napredovali u pokušaju da je objasnimo, predstoji dosta posla. I dok su naučnici u 19. Veku morali da objasne zašto nebo nije svetlo, moderni kosmolozi moraju da shvate zašto nije potpuno tamno.

Mirko jakovljević