UNIVERSUL ÎN EXPANSIUNE: DE LA BIG BANG ȘI PÂNĂ ASTĂZI

O PREZENTARE GENERALĂ A UNIVERSULUI. Universul s-a născut prin Big-Bang ca și punct inimaginabil de fierbinte și de dens. Când Universul avea o vârstă de 10^-34 dintr-o secundă, ceea ce înseamnă o sutime dintr-o miliardime a unei triliardime dintr-o triliardimă de secundă (sau ceva asemănător – când vine vorba de numere astronomice, e mai greu să le transpui în epică!) – acesta a experimentat o incredibilă expansiune explozivă, numită inflație, în care spațiul în sine a expandat cu o viteză mai mare decât cea a luminii. În timpul aceste perioade, universul s-a dublat în mărime de aproape 90 de ori, trecând de la dimensiunea subatomică aproape instantaneu la dimensiunea unei mingi de golf.

După inflație, creșterea universului a continuat, dar cu o rată mult mai scăzută. Pe măsură ce spațiul s-a extins, universul s-a răcit și s-a format materia.  La o secundă după Big-Bang, universul era îmbogățit cu neutroni, protoni, electroni, anti-electroni, fotoni și neutrini.

În timpul primelor trei minute ale Universului, elementele ușoare s-au format în cadrul unui proces numit nucleosinteza Big Bang. Temperaturile au scăzut de la 10^32 grade K către 10^9 grade K, iar protonii și neutronii s-au combinat pentru a face deuteriu, un izotop al hidrogenului. Mare parte a deuteriului s-a combinat pentru a face heliu, fiind generate de asemenea cantități minore de litiu.

Pentru primii 380.000 de ani, aproximativ, universul era pur și simplu prea fierbinte pentru ca lumina să strălucească. Căldura creației a ținut atomii îngrămădiți cu destulă forță încât să-i spargă într-o plasmă foarte densă, o supă opacă de protoni, neutroni și electroni, cu o lumină difuză asemănătoare ceții.

Clusterul globular NGC 6397 conține în jur de 400.000 de stele și este situat cam la 7.200 de ani lumină depărtare în constelația sudică Ara. Cu o vârstă estimată de 13,5 miliarde de ani, este probabil unul dintre primele obiecte ale galaxiei noastre care s-au format după Big-Bang.

Cam la 380.000 de ani după Big Bang, materia s-a răcit destul cât să permită formarea atomilor în timpul unei perioade de recombinare, rezultând într-un gaz transparent, neutru din punct de vedere electric. Acest set pierde scânteierea inițială luminoasă, creată în timpul BIG BANG, care este astăzi detectabilă ca o radiație cosmică de fundal în microunde. Iar după acest punct, universul a fost aruncat în întuneric de vreme ce nici o stea sau alte obiecte luminoase nu se formaseră încă.

Cam la 400 de milioane de ani după Big Bang, universul a început să se elibereze din epoca întunecată a cosmosului, în timpul unei epoci de reionizare. În această perioadă, care a durat mai mult de jumătate de milion de ani, aglomerările de gaz au colapsat destul de mult cât să formeze primele stele și galaxii, ca căror lumină energetică ultravioletă a ionizat și a distrus mare parte a hidrogenului neutru.

Deși expansiunea universului a încetinit gradual pe măsură ce materia din univers a devenit captivă grație gravitației, cam la 5-6 miliarde de ani după Big Bang, o misterioasă forță, numită astăzi energie neagră, a început să grăbească din nou expansiunea universului, un fenomen care continuă și în prezent.

Cam la 9 miliarde de ani după Big Bang se năștea și sistemul nostru solar.

BIG BANG

Big Bang-ul nu s-a produs ca o explozie, așa cum ar putea sugera chiar numele său. Universul nu a expansionat în spațiu, de vreme ce spațiul nu exista înainte de univers. În schimb, ar fi mai bine să ne gândim la Big Bang ca la o apariție simultană a spațiului peste tot în univers. Universul nu s-a extins de la Big Bang, din nici unul dintre punctele sale, ci mai degrabă spațiul în sine s-a lărgit, purtând materie cu sine.

De vreme ce Universul prin definiția sa cuprinde întreg spațiul și timpul așa cum îl cunoaștem, nu prea este la îndemână să formulăm moduri în care universul se extinde sau cauza care a produs Big Bang-ul. Deși există modele ce speculează pe tema acestor întrebări, nici unul dintre acestea nu a realizat predicții testabile la scară reală.

VÂRSTA UNIVERSULUI

Universul are în prezent o vârstă estimată de aproximativ 13,7 miliarde de ani, cu o marjă de plus sau minus 130 de milioane de ani. În comparație, sistemul nostru solar are o vârstă de numai 4,6 miliarde de ani.

Această estimare a fost posibilă prin măsurarea compoziției materiei și a densității energiei în univers. Aceasta a permis cercetătorilor să calculeze cât de mult s-a extins universul în trecut. Cu această înțelegere, ei au putut întoarce ceasul în urmă și să extrapoleze momentul producerii Big Bang-ului. Timpul dintre acel moment și prezent reprezintă vârsta universului.

STRUCTURA UNIVERSULUI

Cercetătorii consideră că în cele mai timpurii momente ale universului, nu exista nici o structură în sine, materia și energia fiind distribuite în întregime peste tot. Atracția gravitațională a micilor fluctuații în densitatea materiei a produs apoi o structură vastă de timp rețea de stele și goluri pe care le vedem astăzi. Regiuni dense au atras tot mai multă materie prin gravitație și, cu cât deveneau mai masive, cu atât mai multă materie puteau atrage prin intermediul gravitației, formând stele, galaxii și structuri mai mari, cunoscute sub numele de clustere, super-clustere, filamente și pereți, cu rame uriașe ce cuprind mii de galaxii și atingând peste un miliard de ani lumină în lungime. Regiuni mai puțin dense, nu au crescut, evoluând într-o zonă ce cuprinde spații goale, numite viduri.

CONȚINUT

Până acum vreo 30 ani, astronomii credeau că universul era compus aproape în întregime din atomi simpli, sau materie barionică. Cu toate acestea, recent au apărut multe evidențe ce sugereazză că mare parte a ingredientelor ce compun universul apar în forme pe care nu le putem vedea.

Se pare că atomii constituie doar un procent de 4,6% din univers. Din ce rămâne, 23% reprezintă materie neagră, care pare să fie compusă din una sau mai multe specii de particule subatomice care interacționează foarte slab cu materia normală și 72% din compoziția Universului o reprezintă energia neagră care, aparent, este motorul care accelerează expansiunea universului.

Atunci când vine vorba despre atomi, suntem familiari, hidrogenul reprezentând o proporție de 75%, în timp ce heliul, doar 25%, la acesta adăugându-se și elemente mai grele ce constituie o proporție foarte mică a atomilor universului.

FORMA UNIVERSULUI

Forma universului și calitatea de infinit sau finit în extindere depinde de lupta dintre rata expansiunii sale și atracția gravitațională. Iar forța atracției depinde parțial de densitatea materiei în univers.

Dacă densitatea universului excede o valoare critică specifică, atunci universul este ”închis” și are o curbă pozitivă, precum suprafața unei sfere. Aceasta înseamnă că impulsurile luminoase care sunt inițial paralele vor converge încet, eventual se vor intersecta și se vor întoarce la punctul de pornire, dacă universul va dura destul de mult, pentru ca acest lucru să se întâmple. Dacă asta este situația, universul nu este infinit dar nu are sfârșit, la fel cum zona de pe suprafața unei sfere nu este infinită dar, nu are nici început și nici sfârșit. Universul, eventual, va înceta să se extindă și poate că va intra în colaps, în așa numitul ”Big Crunch”.

Dacă densitatea universului este mai mică decât densitatea sa critică, atunci geometria spațiului este ”deschisă” și curbată negativ, precum suprafața unui obiect în formă de șa. Dacă așa stau lucrurile, universul nu are limite și se extinde pentru totdeauna.

Dacă densitatea universului este egală cu densitatea critică, atunci geometria universului este plată, cu o curbare la nivel zero, precum o coală de hârtie. Dacă lucrurile stau așa, universul nu are limite și se va extinde mereu dar rata extinderii se va apropia gradual de zero după un timp infinit.

Măsurători recente sugerează că universul este plat cu o marjă de eroare de numai 2%!!!!

Este posibil ca universul să aibă o formă mult mai complexă și să aibă o curbură diferită. De exemplu, universul ar putea avea forma unei gogoși!

UNIVERSUL ÎN EXPANSIUNE

În anii 1920, astronomul Edwin Hubble a descoperit că universul nu este static. Este, mai de grabă, un univers care se extinde, o descoperire care a revelat faptul că universul s-a născut aparent într-un Big-Bang.

După aceea, mult timp s-a considerat că gravitația materiei din univers a cauzat cu siguranță încetinirea extinderii universului. Mai apoi, în 1998, observațiile Telescopului Spațial Orbital Hubble asupra unei supernove foarte îndepărtate, a relevat că în trecut universul se afla într-o expansiune mult mai înceată decât astăzi. Cu alte cuvinte, expansiunea universului nu s-a încetinit datorită gravitației ci, inexplicabil, acest proces a devenit accelerat. Numele pentru această forță ce generează expansiunea accelerată a universului este energia întunecată și rămâne, încă, unul dintre cele mai mari mistere ale științei!

Sursa: Space.com

Crișan Petru Ciprian