13 milijard let dolga pot do Zemlje

Predvajaj

Maruša Bradač

foto: Osebni arhiv

Si lahko predstavljate, kaj pomeni zreti v vesolje, ko je bilo staro le nekaj sto milijonov let? Prav to počne astrofizičarka Maruša Bradač z Univerze v Davisu v Kaliforniji.

Z raziskavami prvih galaksij v mladem vesolju je z mednarodno skupino, ki jo vodi, začela že pred petimi leti. Ker so te galaksije res zelo daleč, v megli, je bila večina opazovanj neuspešnih, nedavno pa so s Keckovim teleskopom, ki stoji na več kot 4 kilometre visoki havajski gori Mauna Kea, uspeli zaznati medlo svetlobo, ki je na Zemljo potovala kar 13 milijard let. Gre za odmeven uspeh, za odkritje in potrditev obstoja male pritlikave galaksije mladega vesolja.

Kakšna je ta domiselna tehnika, ki jo uporabljate pri raziskavah oddaljenih galaksij? Običajne leče so iz stekla in jih najdemo v optičnih napravah, kakšna pa je gravitacijska leča?

Torej, gravitacijska leča je pojav, pri katerem galaksija pa tudi jate galaksij ukrivljajo prostor in čas. To se sliši zdaj zelo znanstveno, ampak to je predvidel že Einstein je in pozneje so tudi potrdili, da svetloba, ko potuje skozi vesolje, ne potuje po ravnih črtah, ampak je ukrivljena, prav tako kot se svetloba ukrivi pri lečah, ki so narejene iz stekla. Torej, tukaj gre za povečavo in pride tudi do popačenja slik, ki potujejo skozi te jate galaksij.

Ko gledamo neko oddaljeno galaksijo skozi gravitacijsko lečo, lahko vidimo celo več njenih slik. Kako vemo, da te slike kažejo res isti objekt in ne recimo več različnih galaksij?

Pri tem smo si pomagali s spektrom. Izmerili smo spekter teh galaksij, s pomočjo katerega ugotovimo, iz česa je ta sestavljena in ugotovili smo, da so vse te tri slike na natačno enaki oddaljenosti in sestavljene iz natančno enakih elementov. In iz tega lahko potem vemo, da te slike kažejo eno samo galaksijo, ki je bila na nebu lečena trikrat.

Razdalje do oddaljenih galaksij astronomi največkrat merite z rdečim premikom, ki meri, za koliko se je vesolje povečalo, medtem ko je svetloba s svetlobno hitrostjo premagovala razdaljo od galaksije do Zemlje. Menda pa pri merjenju razdalj gravitacijsko lečenje omogoča dobrodošlo alternativo in s tem omogoči preverjanje dobljenih oddaljenosti?

Ja, v bistvu tukaj ne merimo direktne razdalje, ampak merimo hitrost, s katero se te galaksije oddaljujejo od nas – temu pravimo rdeči premik – to je pa podoben pojav, kot ga imamo pri zvoku. Če na primer pomislite na policijsko sireno: če se nam avto približuje ali oddaljuje, slišimo drugačen zvok in s pomočjo tega lahko ugotovimo, če se vam ta avto približuje ali oddaljuje. Na podoben način tudi svetloba spremeni frekvenco in s pomočjo spremembe te frekvence lahko izmerimo, ali se nam določena galaksija oddaljuje ali približuje. Ker se vesolje širi, dlje, kot je galaksija, hitreje se bo oddaljevalo in s pomočjo tega lahko merimo oddaljenost do te galaksije. In prav s tem smo tudi sami izmerili, kako daleč je ta galaksija.

Pred nedavnim je vaša skupina objavila odkritje najbolj oddaljene galaksije doslej in tudi tu ste si pomagali z gravitacijskim lečenjem. Lahko pojasnite, kaj ste naredili in kaj razjasnjuje to odkritje? Njegov pomen gotovo sega onkraj doseganja rekordov.

Tukaj ne gre za najbolj oddaljeno galaksijo, naša galaksija nima tega rekorda. Rekord, ki smo ga podrli, pa je v tem, da gre za prvo normalno galaksijo, ki smo jo uspeli potrditi s pomočjo spektrografov. Pomagali pa smo si seveda z gravitacijskim lečenjem, kajti brez gravitacijskega lečenja bi morali opazovati to galaksijo stokrat dlje in že tako smo opazovali več noči z najmočnejšim teleskopom na svetu za te raziskave. In tako smo uspeli odkriti to galaksijo, čeprav je relativno šibka in ne sveti tako močno kot galaksije, ki jih poznamo v današnjem vesolju.

Z gravitacijskim lečenjem je mogoče odkriti najbolj oddaljene galaksije, opazovanje pojava pa nam veliko pove tudi o lastnostih leče, torej objekta, ki je med nami in oddaljeno galaksijo. Kaj natanko?

Torej lahko izmerimo maso, kajti večja kot je leča, bolj ukrivi svetlobo – prav tako, kot če imamo večje leče iz stekla – in bolj bo povečala oddaljene galaksije in jih v tem primeru tudi bolj popačila. Tako smo uspeli tudi izmeriti maso te jate galaksij, ki povzroča to lečenje in s tem lahko ugotovimo, da so te jate galaksij večinoma narejene iz temne snovi. Sama sem se ogromno ukvarjala in se še ukvajam z raziskavami temne snovi in prav s pomočjo gravitacijskega lečenja smo ugotovili, da temna snov res obstaja in izmerili smo tudi nekatere njene lastnosti.