Ena izmed različic Hubblovega ultra globokega polja, posneta leta 2014. Vsaka pika je ena galaksija, dom desetinam ali stotinam milijard zvezd. Foto: NASA, ESA, H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), and Z. Levay (STScI)
Ena izmed različic Hubblovega ultra globokega polja, posneta leta 2014. Vsaka pika je ena galaksija, dom desetinam ali stotinam milijard zvezd. Foto: NASA, ESA, H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), and Z. Levay (STScI)
GOODS
Tisoče galaksij, ki se po časovni premici pnejo prek milijard let v preteklosti. Posnetek je nastal v prejšnjem desetletju med enim izmed projektov, ki so poskušali izvesti popis osvetij. Sodeč po sveži raziskavi je tu vidnih le drobec galaksij. Foto: NASA, ESA, GOODS, M. Giavalisco (U. Massachusetts, Amherst)

Kar zvrti se mi v glavi, ko pomislim, da moramo 90 odstotkov galaksij še preučiti. Kaj vse čudnega bomo odkrili, ko jih bodo opazovali z naslednjimi generacijami vesoljskih teleskopov?

Christopher Conselice, vodja raziskovalne skupine, Univerza v Nottinghamu
Hubble
Hubble okoli Zemlje kroži pri 600 kilometrih oddaljenosti. Kljub starosti je še vedno eno glavnih očes človeštva v vesolje. Foto: Nasa

Vse to so trdni dokazi v prid veliki galaktični evoluciji, ki se je zgodila skozi zgodovino vesolja in z združevanji izrazito zmanjšala število galaksij.

Conselice
GN-z11
GN-z11, najbolj oddaljena znana galaksija. Njena svetloba je do nas potovala 13,4 milijarde let, ujel jo je Hubble. Foto: NASA, ESA, P. Oesch (Yale), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Yale), G. Illingworth (California, Santa Cruz)
GN-z11, vesolje
Ponazoritev razvoja vesolja in nedavni Hubblov rekord pri gledanju v preteklost. Skrajno desno je veliki pok, začetek časa in prostora. Oranžni pas je čas vroče prajuhe, in ko se je ta ohladila, se je začelo obdobje teme. Nekje v njem naj bi se začele pojavljati prve zvezde, kar je sicer zelo pod vprašajem. Z desnim krogcem je označen čas 400 milijonov let po velikem poku in novoodkrito osvetje, krogec na levi pa kaže časovno umeščenost prejšnje rekorderke. Drugi prevodi: 'Reionization era' je doba reionizacije. 'Modern galaxies form' označuje čas nastanka sodobnih galaksij, 'present day' danes, 'Redshift' rdeči pomik, na spodnji črti pa 'Billions of years ago' oddaljenost v milijardah let. Foto: NASA, ESA, B. Robertson (California, Santa Cruz), and A. Feild (STScI)
MACSJ0717.5+3745, Frontier Fields
Gneča galaksij MACSJ0717.5+3745, eden izmed objektov, ki jih preučuje Frontier Fields (ter ozadje, ki ga izostrijo). Vsaka izmed svetlih pik je galaksija, ali bolj slovensko: meglenica oziroma osvetje. Foto: NASA, ESA, HST Frontier Fields (STScI)
James Webb
Del skrite populacije naj bi iz teme potegnil vesoljski teleskop naslednje generacije, James Webb, kmalu po letu 2018. Na fotografiji pozlačeno zrcalo naprave v laboratoriju. Foto: NASA/Chris Gunn


Navadno smo v novicah za ponazoritev ogromnosti obstajajočega podali tole enačbo. Naša Galaksija Rimska cesta vsebuje nekje do 300 milijard zvezd. Nadalje pa naj bi obstajalo od 200 do 300 milijard galaksij. (Skoraj) vsaka zvezda ima vsaj en planet, če zmnožimo 300 milijard zvezd krat 300 milijard galaksij, pridemo do ogromnih številk. Ni vrag, da se ne bi vsaj na še kakšnem izmed te množice planetov razvila neka oblika življenja.
Zdaj pa so številke postale še večje, nepredstavljivo večje. Ne 200 milijard, v vidnem vesolju je 2.000 milijard galaksij oziroma dva bilijona, so zapisali v sporočilu za javnost vesoljskega teleskopa Hubble. Podatki izhajajo iz sveže raziskave, objavljene v znanstveni publikaciji The Astrophysical Journal.
Že stoletje s Hubblom
S Hubblom so povezane skoraj vse tukaj relevantne galaktične ocene. Najprej, še slabo stoletje nazaj človeštvo sploh ni vedelo, da obstaja še kakšna druga galaksija. Domača Galaksija je bila pravzaprav izenačena z vesoljem kot celoto. Šele leta 1924 je astronom Edwin Hubble z opazovanji ugotovil, da ima Rimska cesta sosedo, Andromedo. Rimska cesta pa je izgubila status središča vesolja.
Konec prejšnjega stoletja je po njem poimenovani vesoljski teleskop Hubble proizvedel ikonično, prelomno fotografijo - Globoko polje. Leta 1996 je Hubble precej časa zrl v zaplatico neba, ki bi morala biti skoraj prazna. Ker pa se je svetloba precej časa zbirala, se je je nabralo dovolj, da je namesto črne praznine nastala marogasta podoba tisočev in tisočev galaksij.
Sledilo je ultra globoko polje, ki je na le eni desetini premera Meseca na nebu izvleklo 10.000 novoodkritih galaksij; pa še kup drugih globokih polj. Na njihovi podlagi so nato izračunali uvodno omenjeno oceno vseh galaksij v vidnem vesolju: med 200 in 300 milijardami.
Zbirka pogledov v globine
Tudi najbolj sveža ocena temelji na opazovanjih tega teleskopskega veterana. A ne ravno novih. Mednarodna skupina astronomov (Velika Britanija, Nizozemska) je skupaj zbrala meritve zadnjih dveh desetletij. Uporabila je prej omenjene posnetke globoko v vesolje, med drugim mejna polja in raziskave drugih znanstvenikov, izvedene na njihovi podlagi. Sestavila je ogromen, trirazsežni zemljevid vidnega vesolja iz galaksij.
Gostota po zgodovinskih obdobjih
S tem je poskrbela za "natančne meritve" števila galaksij, so zatrdili na Hubblu. Štetje na podlagi Hubblovih fotografij so podali za vsako izmed obdobij zgodovine vesolja. To je bil temelj. Nato so na podlagi ocen o skupni masi galaksij in njihovem številu izračunali povprečno gostoto. Gostoto v smislu, koliko galaksij nad določeno maso je na enoto prostora. Našli so velike razlike med časovnimi obdobji. V zgodnjem vesolju je bilo kar desetkrat več galaksij na enoto prostora kot danes.
Nekoč so bile to majhne in z maso neobdarjene meglenice, podobne satelitom Galaksije (Veliki in Mali Magellanov oblak). Skozi čas so se očitno medsebojno združevale.
"Vse to so trdni dokazi v prid veliki galaktični evoluciji, ki se je zgodila skozi zgodovino vesolja in z združevanji izrazito zmanjšala število galaksij. Potrjujejo tudi model strukture vesolja, t. i. od zgoraj navzdol," je izjavil vodja raziskovalne skupine Christopher Conselice z Univerze v Nottinghamu.
Česa še ne vidimo
To še ni vse. Rezultate so obdelali z "novim matematičnim modelom", s katerim so izračunali, koliko galaksij je še nevidnih, torej našim teleskopom nedosegljivih. V modelu so našli neravnovesje med cenzusom vidnih galaksij in njihovo maso. Le en način so našli, kako se ti izračuni lahko izpopolnijo. Kar 90 odstotkov vseh obstoječih galaksij v vidnem vesolju je pretemnih in predaleč, da bi jih z obstoječimi teleskopi lahko zaznali.
Ti roji pradavnih in neopaznih osvetij so se sicer skozi čas združili v večje galaksije, ki jih danes lahko opazimo. "Kar zvrti se mi v glavi, ko pomislim, da moramo 90 odstotkov galaksij še preučiti. Kaj vse čudnega bomo odkrili, ko jih bodo opazovali z naslednjimi generacijami vesoljskih teleskopov? Našli in premerjali jih bomo lahko že dokaj kmalu, s prihodom teleskopa James Webb," je povedal Conselice.
Zakaj je nočno nebo temno
Raziskava daje prgišče pojasnil k stari težavi, Olbersovemu paradoksu. Pred skoraj 200 leti se je nemški astronom Heinrich Wilhelm Olbers vprašal, kako je lahko nočno nebo temno, če je v vesolju neskončno zvezd? Raziskovalna ekipa je potrdila, da je zvezd in galaksij res toliko, da prekrijejo praktično vsako točko na nebesnem svodu.
Toda svetloba večine osvetij do Zemlje pripotuje daleč prešibka, da bi jo lahko oko ali večina teleskopov sploh zaznala, zaradi dejavnikov, ki ovirajo vidno ter infrardečo svetlobo. Ti dejavniki so rdečenje oz. rdeči pomik zaradi širjenja prostora, dinamična narava vesolja ter absorpcija svetlobe na galaktičnih oblakih prahu ter plinov. Vse to skupaj temni nočno nebo.
Vidno vesolje je omejeno
Da bi se izognili zmedi, je treba pojasniti še nekaj izrazov. Naračunanih 2.000 milijard osvetij naj bi bilo del vidnega vesolja. Ne vesolja kot celote. Vidno vesolje ni enako vesolje; niti ni enako vse, kar v vesolju vidimo. Alternativen izraz je tudi opazljivo vesolje (ang. observable universe), zato ker vsebuje vse, kar bi se potencialno lahko zaznalo z Zemlje.
Vidno vesolje so vsi objekti, katerih oddano elektromagnetno valovanje je imelo dovolj časa skozi obstoj vesolja, da bi lahko prispelo do našega planeta. Ni nujno, da je. Lahko ga je zaustavila oz. absorbirala vmesna snov, denimo oblaki prahu in plinov. Lahko je prešibko za tipala teleskopov, zato ga še nismo zaznali. V vsakem primeru so tudi nam nevidni objekti del vidnega vesolja. Le teoretična možnost mora obstajati, da je njihova svetloba s privzeto svetlobno hitrostjo skoraj 300 tisoč kilometrov na sekundo skozi 13,8 milijarde let prispela do nas.
Je torej okrogle oblike in Zemlja je v središču. Vsaka točka v vsemirju ima svoje lastno vidno vesolje.
Ducat na ducate milijard
Glede na hitrost svetlobe se pogosto napačno sklepa, da je polmer te krogle 13,8 milijarde svetlobnih let. Toda upoštevati je treba še širjenje vesolja. To pomeni nastajanje novega prostora in je pospešeno. Tako je denimo pot svetlobe s prvih galaksij sploh do Zemlje res znašala dobrih 13 milijard svetlobnih let, toda v tem času se je vmesni prostor že zelo razširil in ti objekti so - v takšni ali drugačni obliki - že 46 milijard let stran.
Polmer vidnega vesolja je torej 46 milijard svetlobnih let, premer pa kar 92 milijard svetlobnih let.
Bližje kot "smo" robu te krogle, težje je gledati. Pravzaprav do roba samega sploh nismo "prigledali" - astronomi še vedno "kopljejo" nekaj 100 milijonov let stran od velikega poka. Poleg tega se do tega roba niti teoretično ne da priti, saj je približno 380.000 svetlobnih let pred njim vizualni zid, t. i. površina zadnjega sipanja, gladina prajuhe delcev, v katero se na da videti (morda s pomočjo gravitacijskih valov).
V vsakem primeru je gledanje vidnega vesolja opazovanje stanj po časovni premici nazaj v preteklost skoraj do točke nič.
Časovno čudaški stadion
Ponazoriti se ga da tudi z miselnim eksperimentom: nogometnim stadionom, le malo čudne vrste. Takšnim, v katerem veljajo posebna časovna pravila. Nogometno tekmo vsaka naslednja vrsta gledalcev na sedežih vidi z zamikom petih minut. Tako prva vidi, kaj se dejansko dogaja in mirno sedi. Četrta navdušeno poliva pivo, ker je padel zadetek, medtem ko deseta vrsta zeha, saj je ravno odmor med polčasom. Na zadnje vrste občinstvo šele prihaja, ker se tekma niti začela ni.
Kakršen je pogled nogometaša na časovno zamaknjene vrste stadiona, takšen je pogled Hubbla na vidno oz. opazljivo vesolje. Z enim dodatkom: vanj spadajo tudi tisti gledalci, ki so že odšli in jih nogometaš ne vidi več. Dovolj je, da je svetlobna informacija vsaj enkrat lahko dosegla opazovalca. Morda so že daleč stran, morda so celo mrtvi, ali v galaktični obliki pregneteni v črno luknjo daleč stran. V realnem času.
Čeprav je čas ponovno relativna zadeva. Za foton, ki je nastal ob velikem poku in ki z vidika Zemlje že skoraj 14 milijard let šviga naokoli, od začetka časa samega ni minila niti sekunda.
Kaj pa širše
Nihče ne ve, koliko večje je celotno vesolje od vidnega dela. Zelo verjetno je, da nikoli ne bomo. Učene špekulacije se vrstijo od še enkrat toliko mase do ocen, da je vidno vesolje promil promila celotnega vsemirja. Precej je odvisno od oblike vesolja, a to je že druga tema. V vsakem primeru zagotovo obstajajo objekti, ki so že predaleč in se oddaljujejo tako hitro, da nas njihovi fotoni niti v teoriji nikoli ne bodo dosegli. Prostor se, kot rečeno, širi pospešeno in nima omejitve pri hitrosti svetlobe. Tako bodo tudi osvetja, ki jih zdaj še vidimo, nekoč povsem izginila, dokler ne bo vidnih zgolj nekaj sosed. Vse ostalo bo tema, kot je pred časom za podcast Številke pojasnila astrofizičarka Andreja Gomboc. Zemlje takrat tako ali tako ne bo več, vsaj ne take, ki bi omogočala obstoj življenja.
Bo pa zelo verjetno nekje drugje na tistih najmanj 60.000 milijardah planetih, kolikor jih je v vidnem vesolju - sodeč po sveži raziskavi.
Video 1: Simulacija naslovnega posnetka skozi čas, začenši s sodobnimi, velikimi galaksijami in rojem pragalaksij na koncu

Video 2: Prelet čez naslovni posnetek

Video 3: Ponazoritev spremembe gostote galaksij skozi čas

Video 4: Zoom v del južnega neba















Kar zvrti se mi v glavi, ko pomislim, da moramo 90 odstotkov galaksij še preučiti. Kaj vse čudnega bomo odkrili, ko jih bodo opazovali z naslednjimi generacijami vesoljskih teleskopov?

Christopher Conselice, vodja raziskovalne skupine, Univerza v Nottinghamu

Vse to so trdni dokazi v prid veliki galaktični evoluciji, ki se je zgodila skozi zgodovino vesolja in z združevanji izrazito zmanjšala število galaksij.

Conselice