fbTrack
REKLAMA
REKLAMA

Kosmos

Święty Graal kosmologii

Obserwatorium SOPHIA namierzyło HeH+ w odległej o 2900 lat świetlnych mgławicy NGC 7027
NASA ESA Hubble Judy Schmidt
Dzięki zastosowaniu obserwatorium umieszczonego na pokładzie samolotu NASA zlokalizowała cząsteczki powstałe w początkowej fazie tworzenia się wszechświata.

Niemal 14 miliardów lat temu nie było nic. Wszechświat nie miał granic, a czas wraz z przestrzenią były zwinięte w wymiarze zamkniętym. Do niedawna koncepcja, że cała przestrzeń i energia znanego nam wszechświata mieściła się w przestrzeni biliony razy mniejszej niż kropka na końcu tego zdania, uznawana była jedynie za bardzo wiarygodną, choć potwierdzoną jedynie obliczeniami hipotezę.

Zakłada ona, że nie było i nigdy nie będzie bardziej gęstego i gorącego miejsca niż ten maleńki punkt, w którym wszystkie znane nam prawa fizyki były ujednolicone. Ta unifikacja czyniła ten najgęstszy i najcieplejszy obiekt w historii osobliwością, czyli punktem, w którym wszystko jest nieskończone, przez co jego natura jest dla nas całkowicie niezrozumiała.

W pewnym momencie – choć ze względu na naturę czasu i w odniesieniu do tego zagadnienia jest to sformułowanie wyjątkowo niefortunne – kosmos zaczął się rozszerzać bardzo gwałtownie. Gdybyśmy byli obserwatorami tego wydarzenia, to w niczym nie przypominałoby ono wielkiego wybuchu. W czasie ekstremalnie krótkim, którego nasz mózg nie jest w stanie zarejestrować, nazywanym „erą Plancka" (początkowa faza rozwoju czasoprzestrzeni od t=0 do t=10–44 s) grawitacja jako pierwsza wyzwoliła się od innych zunifikowanych oddziaływań. Dużo, dużo później, kiedy nasz wszechświat miał już 10–35 s, pozostałe zunifikowane oddziaływania podstawowe rozdzieliły się na jądrowe silne i elektrosłabe, a te z kolei na jądrowe słabe i elektromagnetyczne. Kiedy upłynęła bilionowa część sekundy, wszechświat miał zatem cztery doskonale nam dzisiaj znane, osobne oddziaływania, które powodują, że wszystko dookoła nas i my sami mamy swoją określoną naturę i porządek, nazywany prawami fizyki.

Wielka bitwa materii i antymaterii

Wkrótce, choć słowo to znowu nie oddaje relatywnie odczuwalnego upływu czasu, nasz wszechświat stał się zupą kipiących cząstek elementarnych, takich jak kwarki, leptony i wiele innych ich egzotycznych krewniaków. Wszelkie oddziaływania pomiędzy nimi umożliwiały niepodzielne bozony, do rodziny których zalicza się także fotony. W tej epoce kwarkowo-leptonowej wydarzyło się coś, co wpłynęło na los wszystkiego, co znamy, w tym na naszą własną przyszłość. Rozpoczęła się anihilacja materii z antymetrią. Na szczęście materii było odrobinę więcej. Prof. Neil de Grasse Tyson określił to stosunkiem miliarda plus jeden do miliarda. Ta jedna cząsteczka przewagi, w nieustannym procesie kreacji i anihilacji oraz proces rozszerzania się wszechświata spowodowały, że znany nam kosmos złożony z materii mógł ostygnąć do temperatury poniżej biliona stopni Kelwina.

W swojej książce „Astrofizyka dla zabieganych" prof. Neil de Grasse Tyson zwrócił uwagę, że „na każdy miliard anihilacji – i miliard pozostawionych w ślad za nimi fotonów – przeżył jeden hadron... Ostatecznie to te samotniki spijają całą śmietankę, służą za pierwotne źródło materii tworzącej galaktyki, gwiazdy, planety i... petunie".

To ten niewielki, niezrównoważony stosunek materii do wrogiej jej antymaterii spowodował, że materia wygrała.

Dwie minuty po Wielkim Wybuchu i... przez kolejne 380 tys. lat wszechświat tworzył gęstą i gorącą zupę cząstek, w której pozornie niewiele się działo. Dla naukowców ważne jest jednak, że kilka minut po Wielkim Wybuchu, w procesie nukleostynezy powstały jądra najlżejszych pierwiastków: wodoru, jego krewniaka deuteru, helu-3 i helu-4 oraz litu i berylu.

Kosmiczni pionierzy

Około 100 tys. lat po Wielkim Wybuchu, kiedy wszechświat nadal bardzo wolno stygł, powstały pierwsze jony wodorku helu – kationy o wzorze chemicznym HeH+.

Składają się one z atomu helu związanego z atomem wodoru, z usuniętym jednym elektronem. Jest to najlżejszy jon heteronuklearny i jest uważany za jeden z pierwszych związków powstałych we wszechświecie po Wielkim Wybuchu.

Od lat 70. próbowano je zlokalizować w odległych zakątkach kosmosu. Dla nauki stanowią one dowód wszystkich procesów ewolucyjnych związanych z Wielkim Wybuchem. Od nich bowiem zaczęły się wszystkie procesy, które nazywamy reakcjami chemicznymi.

Te zhydratowane jony helu są zatem Świętym Graalem nauki, którego poszukuje się od dekad.

Problem jednak w tym, że światło emitowane przez (HeH+) jest pochłaniane przez atmosferę ziemską, stąd wszelka detekcja z powierzchni naszej planety była dotychczas niemożliwa.

Dopiero wykorzystanie przez NASA obserwatorium Stratospheric Observatory for Infrated Astronomy (SOPHIA), umieszczonego na pokładzie samolotu, przyniosło sukces. SOPHIA namierzył HeH+ w odległej o 2900 lat świetlnych mgławicy NGC 7027.

W ten sposób uzyskaliśmy materialny dowód istnienia procesów – przewidzianych dotychczas jedynie teoretycznie – zachodzących we wczesnej fazie formowania się wszechświata.

Źródło: Rzeczpospolita
REKLAMA
REKLAMA
REKLAMA
REKLAMA
NAJNOWSZE Z RP.PL
REKLAMA
REKLAMA