12
ÂWIAT NAUKI LIPIEC 2004
pano
rama
NASA i A. RIESS (STScI)
(na gór
ze
);
NASA/CXC/IoA/S. ALLEN I IN.
(na dole
)
Nast´pstwem ekspansji
WszechÊwiata jest zjawisko
„ucieczki galaktyk”, które
najcz´Êciej opisuje si´ za pomocà
prawa Hubble’a. G∏osi ono,
˝e pr´dkoÊç oddalania si´
galaktyki od obserwatora jest
proporcjonalna do odleg∏oÊci
mi´dzy tà galaktykà
i obserwatorem. Gdyby nie by∏o
grawitacji, prawo Hubble’a
stosowa∏oby si´ do wszystkich
galaktyk. Jednak od chwili
Wielkiego Wybuchu galaktyki
spowalniajà si´ nawzajem przez
swe przyciàganie grawitacyjne.
Dalekie galaktyki, które widzimy
takimi, jakimi by∏y przed
miliardami lat, spowalnia∏y si´
krócej ni˝ galaktyki bliskie.
Powinny zatem uciekaç od nas
szybciej, ni˝ to wynika z prawa
Hubble’a. Innymi s∏owy, powinny
znajdowaç si´ bli˝ej, ni˝ na to
wskazuje pr´dkoÊç ich ucieczki.
Efekt ten spodziewano si´
zaobserwowaç dzi´ki
supernowym typu Ia: oczekiwano,
˝e w szybkich (czyli dalekich)
galaktykach b´dà one Êwieciç
jaÊniej, ni˝ na to wskazuje
odleg∏oÊç obliczona z prawa
Hubble’a. Dalekie supernowe sà
jednak nie „za jasne”, lecz „za
s∏abe”. Znajdujà si´ zatem dalej,
ni˝ na to wskazuje pr´dkoÊç ich
ucieczki, a ich macierzyste
galaktyki uciekajà wolniej, ni˝ to
wynika z prawa Hubble’a.
Oznacza to, ˝e od chwili,
gdy wyemitowa∏y docierajàce
dziÊ do nas Êwiat∏o, tempo
ekspansji WszechÊwiata nie
mala∏o, lecz ros∏o. Obserwacje
jeszcze dalszych supernowych
wykaza∏y, ˝e przed okresem
przyÊpieszania WszechÊwiat
zwalnia∏ swà ekspansj´.
UCIECZKA
GALAKTYK
W
e WszechÊwiecie dzia∏a tajemniczy
czynnik, który przeciwstawia si´
grawitacji i przyÊpiesza kosmicznà
ekspansj´. Natura tego czynnika, nazywane-
go powszechnie ciemnà energià, to najwi´k-
sza i najbardziej pasjonujàca zagadka wspó∏-
czesnej nauki. Jedni teoretycy widzà w nim
nowe pole skalarne (tzw. kwintesencj´), inni
wià˝à go z postulowanà jeszcze przez Einste-
ina „spr´˝ystoÊcià” samej przestrzeni, któ-
rej miarà jest wprowadzona przez niego sta-
∏a kosmologiczna. Jeszcze inni usi∏ujà
rozwiàzaç problem przyÊpieszania Wszech-
Êwiata, wprowadzajàc dodatkowe, ukryte
wymiary czasoprzestrzeni.
Na trop ciemnej energii naprowadzi∏y
astronomów obserwacje eksplodujàcych
gwiazd, tzw. supernowych typu Ia [patrz:
Adam G. Riess i Michael S. Turner „Od su-
pernowych do antygrawitacji”; Âwiat Nauki,
marzec 2004]. Z danych obserwacyjnych wy-
nika∏o, ˝e ciemna energia wzi´∏a gór´ nad
grawitacjà dopiero po up∏ywie pewnego cza-
su od Wielkiego Wybuchu. WszechÊwiat,
który uprzednio spowalnia∏ swà ekspansj´
pod wp∏ywem grawitacji, w∏aÊnie wtedy
zaczà∏ przyÊpieszaç. Efekty tego przyÊpie-
szenia ujawniajà si´ w postaci odst´pstw od
prawa Hubble’a – tym wi´kszych, im dalej
od nas le˝y galaktyka, w której wybuch∏a
supernowa.
Ró˝ne koncepcje ciemnej energii prze-
widujà ró˝ne momenty „prze∏àczenia” ze
spowalniania na przyÊpieszanie. Nie by∏o
dotàd jednak wystarczajàco dok∏adnych da-
nych, by na ich podstawie odrzucaç bàdê
przyjmowaç konkretne hipotezy. Jednak w
kwietniu br. zespó∏ Adama G. Riessa ze
Space Telescope Science Institute doniós∏
o odkryciu kolejnych 16 supernowych typu
Ia, z których najdalsze wybuch∏y, gdy
WszechÊwiat mia∏ zaledwie 7 mld lat (obec-
nie liczy 13.7 mld lat). Obserwujàc je, usta-
lono, ˝e faza kosmicznego przyÊpieszania
rozpocz´∏a si´ 5 ± 1 mld lat temu. Ca∏kowi-
cie innà drogà do takiego samego wniosku
dosz∏a mi´dzynarodowa grupa astronomów
z Wielkiej Brytanii, Stanów Zjednoczonych
i Niemiec, którà kieruje Steve Allen z Cam-
bridge University.
Allen i jego wspó∏pracownicy obserwo-
wali dalekie gromady galaktyk, w których
przestrzeƒ mi´dzy galaktykami wype∏nia go-
ràcy gaz emitujàcy promieniowanie rentge-
nowskie. G∏ównym sk∏adnikiem gromad jest
ciemna materia – substancja niemal równie
tajemnicza jak ciemna energia, lecz w prze-
ciwieƒstwie do niej b´dàca êród∏em zwyk∏ej
grawitacji. Najprawdopodobniej sk∏ada si´
ona z postulowanych przez teoretyków
czàstek elementarnych, które z dobrze nam
znanymi elektronami, protonami i neutro-
nami oddzia∏ujà niezwykle s∏abo. Czàstek
tych fizycy poszukujà si´ ju˝ od dobrych
kilku lat za pomocà specjalnie w tym celu
skonstruowanych detektorów, ale na razie
bezskutecznie.
Gromady galaktyk sà obiektami na tyle
du˝ymi (ich Êrednice majà miliardy lat
Êwietlnych), ˝e ich zawartoÊç mo˝na uznaç
za dobrà próbk´ zawartoÊci ca∏ego Wszech-
Êwiata. Stosunek masy gazu do masy ciem-
nej materii powinien zatem byç we wszyst-
kich gromadach jednakowy. Dla ka˝dej
gromady mo˝na go wyliczyç z danych
rentgenowskich.
Aby takie obliczenia wykonaç, nale˝y przy-
jàç konkretnà wartoÊç odleg∏oÊci mi´dzy tà
gromadà i obserwatorem. Gdy w oblicze-
niach u˝yto odleg∏oÊci zgodnych z prawem
Hubble’a, otrzymane stosunki znacznie si´
mi´dzy sobà ró˝ni∏y. Ró˝nice te znik∏y, gdy
„hubble’owskie” odleg∏oÊci do gromad po-
ASTROFIZYKA
WszechÊwiat dodaje gazu
NOWE DANE POTWIERDZAJÑ DOMINACJ¢ CIEMNEJ ENERGII. MICHA¸ RÓ˚YCZKA
TRZY
z szesnastu supernowych odkrytych
przez zespó∏ Adama G. Riessa.
TRZY
z dwudziestu szeÊciu gromad badanych
przez zespó∏ Steve’a Allena. Zdj´cia przedstawiajà
emisj´ rentgenowskà, którà obserwowano
za pomocà orbitalnego teleskopu Chandra.
Przed wybuchem
Przed wybuchem
Przed wybuchem
