Laniakea, naš širši galaktični dom

Predvajaj

Laniakea, naša nadjata galaksij

V teh nočeh na nočnem nebu gospoduje Luna, ki bo v soboto polna. Z obal Tihega oceana bodo tedaj lahko opazovali popolni Lunin mrk. Ob polni Luni je zaradi njene svetlobe na nebu težko videti karkoli temnega. Pred dvema tednoma je bilo drugače. Luna je bila na proti Soncu obrnjeni strani Zemlje, uživali smo celo v delnem Sončevem mrku. Zato sredi marca Lune ponoči ni bilo na nebu in smo lahko opazovali temne objekte daleč v vesolju. Podobno bo spet čez dva tedna.

Ob nočeh brez mesečine, zlasti poleti, je zanimivo stopiti proč od luči in v temi opazovati medel trak, ki se vleče čez nebesni svod. To je pas Rimske ceste. Vsak daljnogled nam meglico razbije v tisoče temnih zvezd, ki so nabrane v sploščenem disku naše Galaksije. Ker smo tudi mi del tega diska, ga vidimo kot pas, ki se vleče čez nebo. Seveda se je naravno vprašati, kaj leži še dlje v vesolju.

Pred slabim stoletjem so astronomi, kot so Henrietta Swan Leavitt, Heber Curtis in Edwin Hubble, prispevali k spoznanju, da je naša galaksija le ena od številnih galaksij v vesolju. Najbližji primer galaksije, podobne naši, je velika spiralna galaksija, ki jo jeseni lahko poiščemo v ozvezdju Andromeda. Svetloba njenih tisoč milijard zvezd potuje do nas kar 2,5 milijona let, tako je Andromeda najbolj oddaljen objekt, ki ga še lahko vidimo s prostim očesom. In še dlje? Galaksije se združujejo v jate galaksij, te v nadjate, končno pa s pogledom objamemo vesolje kot celoto. Vendar so bila preučevanja teh zgornjih nadstropij urejenosti snovi v vesolju dolgo precej negotova, saj nismo poznali natančnih oddaljenosti teh galaksij.

Naša današnja gostja, prof. dr. Helene Courtois z Univerze v francoskem Lyonu, je v prejšnjem desetletju s kolegi na Univerzi na Havajih izpopolnila tehniko tako imenovane Tully-Fisherjeve zveze in tako dobro določila razporeditev in gibanje nekaj tisoč bližnjih galaksij. Ugotovila je, kje so meje našega velikega galaktičnega doma, to je naše nadjate galaksij. Rezultat, ki ga je objavila v reviji Nature, je požel veliko pozornosti. Tudi sicer je profesorica Courtois zelo dejavna. Vodila je 17 različnih raziskav, je cenjena profesorica, vodi tudi kozmološko raziskovalno skupino na svoji univerzi, izjemno delavna je še pri promociji znanosti in je mati treh otrok. V kratkem bo razglašena za eno najuspešnejših francoskih znanstvenic.

INTERVJU

Profesorica Courtois, naravo lahko po velikosti razdelimo v mnogo nadstropij, astronomijo zanimajo predvsem največje velikosti: plin se združuje v zvezde, zvezde v galaksije. Kako se to nadaljuje, preden objamemo vesolje kot celoto?  

Ja, galaksije kot je naša, vsebujejo kakih 200 milijard zvezd in naše Sonce je na obrobju naše čudovite modre spiralne galaksije. Če nadaljujemo, se moramo zavedati, da galaksije navadno niso osamljene. Pogosto jih najdemo v skupinah. Tako naša Galaksija skupaj z drugo veliko galaksijo, ki jo imenujemo Andromeda, in še kakimi 40 manjšimi galaksijami v njuni okolici, sestavlja našo lokalno skupino.

A to še ni vse, nekatere druge galaksije sestavljajo večje skupine, ki jih imenujemo jate galaksij. V jati je lahko tisoč velikih galaksij, skupaj pa jih veže medsebojni gravitacijski privlak. Zato širjenje vesolja take jate galaksij ne more razredčiti. Zadnjih 50 let smo domnevali, da skupine in jate galaksij lahko povežemo v še večjo strukturo, ki smo jo poimenovali nadjata. Zadnje pol stoletja smo mislili, da je naša nadjata ploščata struktura, ki se razteza od naše skupine do naslednje velike jate galaksij v Devici. Vendar nadjat galaksij nismo znali jasno fizikalno opredeliti, nismo vedeli niti tega, kako naj potegnemo meje nadjate, ki ji pripadamo. Nedavno pa smo vse to postavili na trdne temelje.

Astronomom ni težko ugotoviti, v kateri smeri vidijo nek pojav, pogosto pa je težko določiti, kako daleč je. Kako merite razdalje do galaksij, ki nas obdajajo?

Verjetno razumete, da izmeriti razdaljo do druge galaksije ni ravno preprosto. Čeprav po imenih, ki so pravzaprav njihove številske oznake, lahko v naših seznamih podatkov naštejemo kaka 2 milijona galaksij, smo do danes izmerili razdalje le do tistih kakih 10 tisoč galaksij, ki so nam najbližje.

Helene Courtois

Helene Courtois

foto: M. Parent

Razdaljo do galaksije izmerimo po slabljenju svetlobe z razdaljo. Predstavljajte si, da v rokah držite 60 W žarnico. Če bi stali na dvorišču mojega inštituta v Lyonu, bi s teleskopom zelo jasno videla vašo žarnico. Če pa bi se sedaj z vašo žarnico premaknili pred ljubljansko univerzo, me poklicali po telefonu in mi povedali, da naj pogledam žarnico, ki mi jo kažete skozi okno, bi s teleskopom v Lyonu zaznala le zelo temno svetilo, pa čeprav imam obakrat opraviti s 60 W žarnico. Astronomi pravimo, da je izsev obeh svetil enak. Iz tega, kako svetla je videti žarnica, lahko sklepam na njeno razdaljo. Z galaksijami naredimo natanko isto: astronomi imamo načine, da ugotovimo, koliko svetlobe seva galaksija v resnici. Uporabimo na primer velike radijske teleskope, to je antene, ki so s 100 metri premera podobne velikosti nogometnega igrišča. Velika spiralna galaksija, kot je naša, seva zelo veliko svetlobe, v watih bi to napisali kot enico, ki ji sledi 37 ničel. Če potem to galaksijo posnamemo z drugim teleskopom, ki opazuje v vidni svetlobi, in ugotovimo, kako svetla je videti, lahko tako ugotovimo, kako daleč je.

Lani ste s kolegi s Havajske univerze odkrili, da je naša Rimska cesta del jate galaksij, ki ste jo poimenovali Laniakea. Lahko opišete, kako izgleda naš širši galaktični dom?

Izmerili smo razdaljo do 8 tisoč galaksij. Tako smo lahko izračunali njihovo medsebojno hitrost, ki je posledica gravitacijskega privlaka med njimi. V delu prostora, ki smo ga raziskovali, smo ugotovili, da imajo vse galaksije hitrosti obrnjene navznoter. Tako smo lahko ugotovili, kje so meje naše vesoljske celine, ki je zares zelo velika. Od roba do roba bi svetloba potovala 500 milijonov let. Ta omejeni prostor sedaj dobro določa meje superjate galaksij, ki je tako tudi fizikalno dobro definirana. Naša superjata je stokrat večja od velikosti superjate, kot smo jo razumeli pred našo raziskavo. V naši nadjati galaksij je 100 tisoč velikih galaksij, kot je naša, in kak milijon manjših. Nadjato smo poimenovali Laniakea, kar v havajščini pomeni neizmerljivo vesolje.

So lastnosti Zemlje ali našega Sonca kakorkoli povezane s tem, da smo del Laniakee? Povedano drugače, je okolje pomembno za razvoj galaksij?

Lastnosti Zemlje in Sonca težko direktno povežemo z velikostjo nadjate galaksij. Vendar pa imamo prve namige, da je količina snovi in oblika posamezne galaksije povezana z okoljem, v katerem se galaksija nahaja. Rezultate raziskav tega vprašanja smo ravnokar objavili.

O razvoju galaksij si lahko zastavimo podobna vprašanja kot pri razvoju naših otrok. Tu mislim na dilemo med vplivi dedne zasnove in vplivi okolja. V primeru galaksij je skupna količina snovi podobna genetiki, torej dedni zasnovi, medtem ko število galaksij v okolici prevzame vlogo družinskega okolja. Med obema vplivoma je pri galaksijah še posebej težko ločiti, saj je količina snovi v galaksiji tesno povezana z okoljem, v katerem se nahaja.

Uspelo nam je odkriti zelo masivne galaksije, ki živijo izolirano. Tako smo lahko njihovo maso ločili od vplivov okolja. Odkrili smo, da so te masivne galaksije po svojih lastnostih bolj podobne ostalim izoliranim galaksijam, ne pa masivnim galaksijam v bogatih okoljih. Tako smo, vsaj za ta primer, pokazali, da je za lastnosti galaksije odločilno okolje, ne pa količina snovi v njej.

Na nastajanje galaksij odločilno vpliva sesedanje običajne, tako imenovane barionske snovi, v okolici središča galaksije. Vendar je v bližini poleg običajne še mnogo več temne snovi. Za naše masivne izolirane galaksije smo ugotovili, da je ta proces sesedanja običajne snovi približno dvakrat hitrejši kot pri podobnih masivnih galaksijah, ki so v bogatih okoljih. Verjetno se običajna snov lažje seseda proti središču galaksije, če je pri tem ne motijo vplivi galaksij v okolici.

Astronomija sega do vedno novih obzorij. To ji uspeva z vedno boljšimi teleskopi na Zemlji ali v vesolju, ki ne zbirajo le vidne svetlobe, ampak tudi infrardečo sevanje ali radijske valove iz vesolja. Katere od prihajajočih možnosti raziskav galaksij v okolici naše Rimske ceste najbolj nestrpno pričakujete?

Nove izjemne možnosti so pri preučevanju radijskih valov iz vesolja. Doslej smo uporabljali velike teleskope z enim samim zbiralnim krožnikom, ki v premeru meri preko sto metrov. Vendar so v zadnjih letih zgradili nove teleskope v Avstraliji, Južni Afriki in v Evropi. To je skupina 36 manjših anten, od katerih vsaka meri le nekaj deset metrov, ki pa skupaj zberejo več svetlobe od enega velikega krožnika. Tako bomo povečali razdalje, ki jih bomo lahko dosegli s kartiranjem vesolja. Namesto ene nadjate, ki jo lahko proučujemo danes, bomo v naslednjih 5 ali 10 letih preučili kakih 200 nadjat galaksij v naši okolici. Okrog leta 2020 bodo izstrelili tudi vesoljski infrardeči teleskop z imenom Evklid. Ime je dobil po antičnem matematiku, ki se je ukvarjal z geometrijo. Tudi satelit Evklid bo skušal razumeti geometrijo našega vesolja, z njim pa pričakujemo, da bomo lahko naredili prostorsko karto kar 30 tisoč nadjat galaksij.