Skaityti PDF - Iliustruotasis mokslas

DIDYSISSPROGIMAS0 metų:APVAISINIMASPirmą didžiojo sprogimoskilimo sekundę atsiradoerdvė ir laikas ir susikūrėvisata.Susidarė pirmosioselementariosios dalelės(elektronai ir kvarkai).Dienos šviesą taip pat išvydoprotonai ir neutronai.400 000 metų:VAISIUS ĮSČIOSEPasirodė pirmieji cheminiai elementai. Tai atsitiko,kai protonai ir elektronai susiporavo į vandenilioatomus. Šitaip atsirado kosminė foninėspinduliuotė, o ją šiandien stebi WMAP palydovas.nasa/wmap science team/spl/fociŽvilgsnis įnežinomąvisatos vaikystęIki šiol svarbi visatosistorijos dalis mums buvonežinoma. Beveik milijonometų visatos vaikystėslaikotarpis dar nebuvoatskleistas, kadangi nebuvoaptikti šviesos šaltiniai,kuriuos galime matytišiandien. Vandenilio dujoserdvėje vis dėlto šiek tiekšvytėjo, tačiau radioteleskopaisjas bus bandomatyrinėti tik dabar.Astronomų visatos stebėjimas primenafotoalbumus, kuriuosesudėtos įvairios nuotraukos: pirmosiosultragarso nuotraukos, kuriosematyti motinos įsčiose besivystantis vaisius,ir daugybė nuotraukų, kurioseįamžintos akimirkos nuo paauglystės ikipat brandaus amžiaus. Jeigu iš šių vaizdųbandytume nuspėti, kaip žmogus vystėsivaikystėje, galėtume labai apsirikti – matvaikas, galima sakyti, yra arba padidintasembrionas, arba sumažintas suaugęsžmogus. Vaikystės metai yra nepaprastiir neabejotinai labai svarbūs tolesneiraidai.Kalbant apie visatą, vaisiaus ultragarsonuotrauka atitinka kosminį foninį spinduliavimą,kuris atsirado tik praėjus 400000 metų po didžiojo sprogimo. Spinduliuotėpasklido, kai visata tapo tokia didelėir šalta, kad protonai susijungė su neutronaisį neutralius vandenilio atomus.Pirmosios didelės galaktikos susidarėtik po milijardo metų, o „Hubble“ teleskopupadarytos senesnių galaktikųnuotraukos atitinka paauglio nuotraukąšeimos fotoalbume. Tačiau visatosvaikystė, kai iš tamsių medžiagų ir vandeniliodujų susidarė pirmosiosnykštukinės galaktikos, astronomams ikišiol buvo neatrasta žemė, nes to laikotarpiospinduliuotės niekada neaptikome.Vis dėlto yra žinoma, kad tais vaikystėsmetais visata vystėsi ypač sparčiai. Kaiatsirado foninė spinduliuotė, visos vandeniliodujos visatoje buvo neutralios,tačiau vaikystės laikotarpiu jos jonizavosi,o labiausiai tikėtinas jonizacijos ener-26 Parengė Rolf Haugaard Nielsen. Iliustracijos Henning DalhoffIliustruotasis mokslas 2007/2

400 000–1 000 000 000 metų:VAIKYSTĖŠiandien nieko negalime pamatyti iš šio laikotarpio. Astronomams rūpi atskleisti,kaip vandenilio debesys suformavo pirmąsias galaktikas, o paskui ir mūsų dabartinęvisatą. Dvi teorijos aiškina tai skirtingai. Pirmoji jų turi daugiau šalininkų.1 000 000 000 metų iki dabar:jaunystėKai visatai buvo maždaug 1 000 000 000 metų,susidarė seniausios didžiosios galaktikos, kuriasmatome šiandien. Po aštuonių milijardų metųsusikūrė Saulė ir Žemė.TEORIJA NR. 1Mažosios galaktikosjonizavo vandenilio dujasGalimas dalykas, kad mažos nykštukinės galaktikos su pirmosiomis žvaigždėmisjonizavo neutralias vandenilio dujas, kuriomis buvo užpildyta visata. Visas vandenilispamažu jonizavosi – iš pradžių sudarydamas burbulus, kurie augo ir jungėsi.TEORIJA NR. 2Juodosios skylėsjonizavo vandenilio dujasGali būti, kad procesą pradėjo kelios juodosios skylės. Skaičiavimai rodo, kadjeigu juodosios skylės sugertų bent truputį vandenilio dujų, pradėtų skleistigalingus spindulius, o šie galėtų jonizuoti neutralų vandenilį visoje visatoje.gijos šaltinis buvo pirmosios žvaigždžiųkartos šviesa senesnėse nykštukinėse galaktikose.Kas tada nutiko, galima tikteoriškai spėti, tačiau naujos kartos radioteleskopaigali atskleisti visatosvaikystės paslaptį. Jei stebėjimas bussėkmingas, astronomai galės sukurtitrimatį visatos raidos žemėlapį, o šispadės suprasti, kaip jungiantis tūkstančiamsnykštukinių galaktikų pradėjo formuotispirmosios didžiosios galaktikos irsusidarė žvaigždės, nušvietusios dangų.Iliustruotasis mokslas 2007/2Iš tamsiųjų medžiagųgimė nykštukinės galaktikosPrieš ketverius metus ištyrę WPAM palydovuužfiksuotus duomenis, astronomaigavo pirmąsias žinias apie iki šiol neatskleistąvisatos gyvenimo etapą.27

Visatos amžius:Fotonų bangų ilgiai:290 mln. metų 370 mln. metų 460 mln. metų 540 mln. metų 620 mln. metų 710 mln. metų3,3 m 2,8 m 2,4 m 2,1 m 2,0 m 1,8 mREZULTATASLaiko sluoksniaisudedami į trimačiusvaizdusVisatai plečiantis, praeitiesspinduliuotės šaltiniai tolo nuomūsų. Toks nutolimas reiškia, kadspinduliuotės bangos buvo„ištrauktos“. Kuo senesnis fotonas,tuo didesni bangų ilgiai.Matuojant tam tikro ilgio bangasturinčius fotonus, atkuriamas vienoar kito laikotarpio visatos paveikslas,o surinkus kelis tokius vaizdus – trimatisraidos vaizdas.dujų, kurias sugeria juodosios skylės. Kaitai atsitinka, išspinduliuojama labai daugenergijos, tad jeigu juodosios skylėssugertų bent vieną dešimt milijonąją visatosvandenilio dalį, išskirtos energijospakaktų jonizuoti visam likusiam visatosvandeniliui.Šiandien mažųjų galaktikų ir žvaigždžiųatsiradimą astrofizikai laiko pagrindiniujonizavimo energijos šaltiniu, neskosmologiniai modeliai kol kas negalipaaiškinti, kaip praėjus keliems šimtamsmilijonų metų po didžiojo sprogimogalėjo atsirasti gana didelės juodosiosskylės. Manoma, kad iš pradžių mažosiosgalaktikos jonizavo vandenilį į burbulusaplink save, o tamsiuoju laikotarpiu burbulaiišaugo ir susiliejo, ir šitaip jonizavosivisas vandenilis.Seniausiųfotonų energija mažiausiaIki šiol visatos istorija buvo atkuriamaremiantis tik teoriniais skaičiavimais,tačiau dabar astronomai stebėdami ketinatirti vandenilio dujų dalijimąsi tamsiuojuperiodu. Anksčiau buvo manyta,kad tai neįmanoma, nes visatos vaikystėjenebuvo jokių šviesos šaltinių, kuriesuteiktų vandenilio dujoms pakankamaienergijos skleisti šviesą visatoje. Tokiuatveju vandenilio atomas sugeria vienąmatomos šviesos fotoną, kuris sužadinaIliustruotasis mokslas 2007/2atomo elektroną, o kai elektronas grįžtaį pagrindinį energetinį lygmenį, vandenilioatomas išspinduliuoja tam tikrosenergijos fotoną. Tačiau ir visiškoje tamsojevandenilio dujos gali silpnai spindėtidėl atomų sąveikos su fonine spinduliuote.Abiejų procesų metu gali būtiišspinduliuojami mažos energijos fotonai,jų bangų ilgis 21 centimetras.Spinduliai sklinda todėl, kad tiekneutraliame vandenilio atome esantisprotonas, tiek elektronas turi sukinį, t.y.jie sukasi. Sukinys gali būti dviejų krypčių.Kai protono ir elektrono sukiniai yrapriešingi, vandenilio atomas yra mažiausiosenergijos būsenos. Foninės spinduliuotėsfotonai, kurių bangų ilgis 21 cm,turi kaip tik tiek energijos, kiek pakankapakeisti elektrono sukinį, o kai sukinysgrįžta į pradinę padėtį, vandenilio atomasišspinduliuoja fotoną. Būtent šiaissilpnais 21 cm bangų ilgio spinduliaisastronomai nori pasinaudoti tirdami visatosvaikystę.Dėl visatos išsiplėtimo per pastaruosius13 milijardų metų spindulių bangųilgis pasislinko nuo 21 cm į didesniobangų ilgio pusę. Nuo visatos vaikystėslaikotarpio pradžios 21 cm ilgio bangosdėl visatos plėtimosi pailgėjo iki 210 m,o vaikystės laikotarpiui baigiantis bangosilgis siekė apie vieną metrą.Tikimasi, kad naujosios kartos radioteleskopaigalės skenuoti bangų spektrąir ištirti vandenilio dujų pasklidimą visatosvaikystės laikotarpiu. Remiantis teorija,ten, kur dujų tankis buvo didžiausias,susidarė pirmosios nykštukinėsgalaktikos ir žvaigždės.Trimačiaivaikystės laikotarpio vaizdai21 cm spinduliai suteikia daugiau informacijosapie ankstesnę visatą neikosminė foninė spinduliuotė. Foniniaispinduliai buvo skleidžiami tik trumpąlaikotarpį, todėl iš jų galima gauti tikdvimatį visatos vaizdą. 21 cm spinduliaibuvo skleidžiami beveik milijardą metų,todėl astronomai, matuodami įvairiusspindulių bangų ilgius, gauna daugybępjūvių, ir gali iš jų sudaryti trimatį vandeniliodujų pasklidimo vaizdą. Taikydamitokį metodą astronomai galėspaaiškinti, kas jonizavo vandenilio dujas– žvaigždės ar juodosios skylės.Jeigu techniškai sudėtingi stebėjimaipavyktų, atverstume dar nežinomus kosmologiniofotoalbumo puslapius irpamatytume, kaip visata, apsigaubusivandenilio ūku, žengė pirmuosiuskūdikio žingsnelius, kol danguje įsižiebėpirmosios didelės galaktikos ir atsiradodabartinė visata.www.iliustruotasismokslas.lt29