Znajdź zawartość

Kosmologowie od dawna mają problem z jedną z podstawowych wartości opisujących wszechświat – tempem jego rozszerzania się. Różne pomiary przynoszą bowiem różne wartości. Teraz coraz wyraźniej widać kolejne pęknięcie w standardowym modelu kosmologicznym. Niedawno grupa naukowców wykazała, że wszechświat jest niespodziewanie rzadki. Materia nie gromadzi się w nim tak, jak się spodziewano. Podobne sygnały pojawiały się już wcześniej, tym razem jednak mamy do czynienia z najbardziej szczegółową analizą danych zbieranych przez 7 lat. Dane są na tyle wiarygodne, że niektórzy specjaliści zastanawiają się, czy nie wpadliśmy na trop czegoś nieznanego. Mamy już ciemną materię i ciemną energię. Mam nadzieję, że do wyjaśnień nie potrzebujemy kolejnej ciemnej rzeczy, mówi Michael Hudson, kosmolog z University of Waterloo, który nie był zaangażowany w najnowsze badania. Autorzy najnowszych badań, skupieni wokół inicjatywy Kilo-Degree Survey (KiDS), obserwowali około 31 milionów galaktyk, położonych w promieniu do 10 miliardów lat świetlnych od Ziemi. Na podstawie tych obserwacji wyliczyli średni rozkład niewidocznego gazu i ciemnej materii we wszechświecie. Odkryli, że jest jej niemal o 10% mniej niż przewiduje jeden z najpowszechniej uznawanych modeli kosmologicznych, Model Lambda-CDM. W ciągu ostatnich ośmiu lat pojawiło się kilkanaście badań, których autorzy – korzystając z różnych technik – dochodzili do wniosku, że materia nie gromadzi się zgodnie z przewidywaniami. Rozpatrywane osobno badania te nie mają większego znaczenia. Rozważane w nich kwestie są tak trudne do zbadania, że łato mogło dojść do pomyłek. Jednak coraz częściej pojawiają się głosy, że to nie statystycznie dopuszczalne niedoskonałości w badaniach, ale reguła. Gdy w wielu różnych zestawach danych zaczynasz dostrzegać tę samą rzecz, musisz wziąć pod uwagę, że coś w tym jest, stwierdza Hudson. Naukowcy muszą teraz pogodzić dwie sprzeczne ze sobą rzeczy. Z jednej strony, by określić tempo rozszerzania się wszechświata – w wiele wskazuje na to, że jest ono większe, niż sądzono – muszą znaleźć dodatkowy element, który go napędza. Z drugiej jednak strony skoro materia nie gromadzi się razem tak, jak przypuszczano, do siły na nią oddziałujące są słabsze, a nie mocniejsze, jak wymagałoby tego wyjaśnienie tempa rozszerzania się wszechświata. Julien Lesgourgues, kosmolog-teoretyk z Uniwersytetu Aachen mówi, że znalezienie satysfakcjonującego wyjaśnienia obu tych zjawisk będzie koszmarem. Podejmowane są pewne próby wyjaśnień wspomnianych zjawisk. Przyspieszenie ekspansji wszechświata można by wyjaśnić „ciemnym promieniowaniem”. Jednak trzeba by je zbilansować dodatkową materią, która by się grupowała. Aby osiągnąć obserwowane mniejsze grupowanie się, trzeba by wprowadzić dodatkowy element, który to uniemożliwia. Tutaj pojawia się próba wyjaśnienia w postaci zamiany ciemnej materii – która powoduje grupowanie się materii – w ciemną energię, powodującą jej oddalanie się od siebie. Można też przyjąć, że Ziemia znajduje się w jakimś wielkim bąblu rozrzedzonej materii, co zaburza nasze obserwacje. Lub też uznać, że szybkie tempo rozszerzania się wszechświata i mniejsze grupowanie się materii nie są ze sobą powiązane. Nie widzę obecnie żadnego satysfakcjonującego wyjaśnienia. Jeśli jednak byłbym teoretykiem byłbym bardzo podekscytowany, mówi Hudson. Wciąż też istnieje prawdopodobieństwo, że oba omawiane zjawiska lub przynajmniej jedno z nich, w rzeczywistości nie mają miejsca. Jednak by to stwierdzić, trzeba poczekać na inne dane. KiDS to jeden z trzech dużych projektów badawczych. Inne to międzynarodowy Dark Energy Survey prowadzony w Chile i japoński Hyper Suprime-Cam. W ramach każdego z nich skanowany jest inny fragment nieboskłonu na inną głębokość. W czasie ostatniej kampanii Dark Energy Survey przeskanowano obszar 5-krotnie większy niż badał KiDS. Wyniki powinny ukazać się w ciągu najbliższych miesięcy. Wszyscy na nie czekają. To kolejna wielka rzecz w kosmologii, mówi Daniel Scolnic, kosmolog z Duke University, który specjalizuje się w badaniu tempa rozszerzania się wszechświata. « powrót do artykułu

W sierpniu informowaliśmy o olbrzymiej dziurze we wszechświecie, którą odkryli astronomowie z University of Minnesota. Teraz zespół doktor Laury Mersini-Houghton, fizyka teoretycznego i kosmologa z University of North Carolina twierdzi, że olbrzymia pustka zawiera.... wszechświat istniejący poza granicami naszego wszechświata. Jeśli naukowcy z Północnej Kalifornii mają rację, to dziura byłaby pierwszym naukowym dowodem na istnienie innych wszechświatów. Byłaby też potwierdzeniem prawdziwości teorii strun, najbardziej obiecującej teorii wyjaśniających budowę wszechświata. Od czasu odkrycia dziury stała się ona przedmiotem badań wielu zespołów astronomów z całego świata. Wiadomo już, że zawiera ona materię lecz znajduje się jej w niej znacznie mniej. Jeśli porównamy ją z innym dowolnym obszarem kosmosu o podobnych rozmiarach, to okaże się, że dziura zawiera od 20 do 45% mniej galaktyk. Uczeni w najróżniejszy sposób próbują wyjaśnić istnienie dziury, która, wedle współczesnych teorii, istnieć nie powinna. Zespół Mersini-Houghton zaproponował teorię strun jako wyjaśnienie. Naukowcy stwierdzili, że nasz wszechświat nie zapada się pod wpływem grawitacji i pozostaje tak olbrzymi, gdyż grawitacja ta jest równoważona przez zewnętrzne obszary próżni. Takie obszary znajdują się na krańcach naszego wszechświata i właśnie znaleźliśmy jeden z nich. Niewykluczone, że znajdziemy i kolejne. Inni specjaliści różnie podchodzą do teorii swoich amerykańskich kolegów. Jedni twierdzą, że są one bardzo interesujące i warte rozważenia. Inni uważają je za czystą spekulację. Tak czy inaczej, wszyscy zgadzają się, że potrzebne są kolejne badania tajemniczej dziury.

Zdaniem międzynarodowego zespołu naukowego, wszechświat jest pełen planet zawierających wodę. Uczeni uważają, że jest ona ważnym składnikiem egzoplanet o rozmiarach od 2 do 4 wielkości Ziemi. To była dla nas wielka niespodzianka, gdy zdaliśmy sobie sprawę, że musi być tak dużo wodnych światów, mówi główny autor badań, doktor Li Zen z Uniwersytetu Harvarda. Z badań, przeprowadzonych za pomocą teleskopów Keplera i Gaia wynika bowiem, że wiele ze znanych nam egzoplanet zawiera do 50% wody. Dla porównania, na Ziemi woda stanowi zaledwie 0,02% masy planety. Wiele z potwierdzonych dotychczas około 4000 egzoplanet można zaliczyć do jednej z dwóch kategorii: takich, których średnica wynosi około 1,5 średnicy Ziemi oraz takich o średnicy około 2,5 średnicy naszej planety. Po przeanalizowaniu średnic i mas badanych egzoplanet uczeni stworzyli model ich budowy. Sprawdziliśmy, jak masa ma się do średnicy i stworzyliśmy model wyjaśniający tę zależność, mówi Li Zeng. Wynika z niego, ze planety o średnicy do 1,5 średnicy Ziemi to zwykle światy skaliste o masie 5-krotnie większej niż masa naszej planety. Z kolei te o średnicy 2,5-krotnie większej od średnicy Ziemi mają masę 10-krotnie większą od naszej planety i są światami wodnymi. Tam występuje woda, ale nie jest ona tak powszechnie dostępna jak na Ziemi. Temperatury powierzchni tych planet wynoszą 200–500 stopni Celsjusza, są otoczone atmosferą zdominowaną przez parę wodną z płynną warstwą poniżej. W głębi planety woda ta, pod wpływem wysokiego ciśnienia, została prawdopodobnie zmieniona w lód. Jeszcze niżej jest skaliste jądro planety. Piękno naszego modelu polega na tym, że wyjaśnia nam, jak skład planety ma się do znanych nam danych na jej temat, mówi Li Zeng. Nasze dane wskazują, że około 35% egzoplanet większych od Ziemi powinno być bogate w wodę. Te wodne światy formowały się w podobny sposób, jak jądra dużych planet Układu Słonecznego. Niedawno rozpoczęta misja TESS pozwoli na znalezienie większej ich liczby, a w przyszłości teleskop Jamesa Webba pozwoli na zbadanie ich atmosfery. To ekscytujący okres dla badaczy egzoplanet, stwierdza uczony. « powrót do artykułu

Włosko-amerykańskiemu zespołowi naukowemu udało się odnaleźć ostatni we wszechświecie rezerwuar zaginionej materii. Tej materii, która jest widoczna i jest złożona z barionów. Dotychczas astrofizycy potrafili zlokalizować około 2/3 materii stworzonej podczas Wielkiego Wybuchu. Teraz międzynarodowy zespół naukowy stwierdził, że reszta znajduje się pomiędzy galaktykami, w postaci gazu o temperaturze około miliona stopni Celsjusza. Odkrycie jest bardzo ważne dla astrofizyki. Jednym z kluczowych elementów pozwalających na przetestowanie teorii Wielkiego Wybuchu jest dokonanie dokładnego spisu barionów helu, wodoru i wszystkich innych pierwiastków, wyjaśnia współautor badań Michael Shull. Obecnie wiemy, że około 10% materii tworzy galaktyki, a około 60% znajduje się w chmurach gazu pomiędzy nimi. W 2012 roku Shull i jego zespół postawili hipotezę, że brakujące 30% barionów ulokowało się w ciepłym ośrodku międzygalaktycznym (WHIM, Warm-Hot Intergalactic Medium). W celu potwierdzenia hipotezy naukowcy zaczęli satelitarne obserwacje kwazara 1ES 1553. To bardzo jasno świecąca czarna dziura. Obserwując tego typu struktury, można określić, jak promieniowania rozchodzi się w kosmosie. Dzięki teleskopom Hubble'a i XMM-Newton odkryto sygnatury wysoce zjonizowanego tlenu leżącego pomiędzy kwazarem an Układem Słonecznym. Jego gęstość jest wystarczająca, by – po ekstrapolacji na cały wszechświat – można było powiedzieć o odnalezieniu brakujących 30% materii. « powrót do artykułu

Naukowcy z NASA poinformowali, że teleskop Spitzer wykonał niezwykłe zdjęcie. Widoczna jest na nim najstarsza sfotografowana dotychczas emisja we wszechświecie. Uczeni oceniają jej wiek na ponad 13 miliardów lat. Powstała więc wkrótce po Wielkim Wybuchu, który miał miejsca 13,7 miliarda lat temu. Australijski astrofizyk Ray Norris jest zdania, że NASA znalazła "Świętego Graala” astronomii. Tajemnicą pozostaje to, co widać na zdjęciu. Niektórzy uważają, że są to pozostałości gwiazd, inni, że światło pochodzące z początków wszechświata. Zdaniem NASA widoczna materia ma masę 1000-krotnie większą od naszego Słońca. Możliwe też, że są to czarne dziury. O ile ich samych nie można zobaczyć, widoczne jest ciepło pochłanianej przez nie materii. Czymkolwiek są te obiekty są one niezwykle jasne i różnią się od wszystkiego, co obecnie istnieje – mówi Alexander Kashlinsky z Goddard Space Flight Centre. Zdjęcie uzyskano dzięki wykonaniu fotografii pięciu obszarów nieba. Następnie usunięto z niego wszelkie światło emitowane przez gwiazdy i galaktyki, pozostawiając jedynie widoczny w podczerwieni blask pochodzący z początków wszechświata. Szare plamy na fotografii to właśnie miejsca, z których usunięto blask gwiazd i galaktyk. Wyobraź sobie, że chcesz zobaczyć sztuczne ognie, których pokaz odbywa się na drugim końcu ludnego miasta. Jeśli wyłączysz wszystkie światła, możesz zobaczyć blask. My wyłączyliśmy wszystkie światła wszechświata i ujrzeliśmy rozbłyski sztucznych ognii – dodał Kashlinsky. Profesor Norris dodaje, że na zdjęciu nie widać konkretnych obiektów, ale to, co jest przez nie emitowane. Ta emisja pochodząca z wczesnych lat istnienia wszechświata jest wszędzie wokół nas – stwierdził Norris. Poinformował przy tym, że następnym celem naukowców będzie odnalezienie tych starożytnych obiektów odpowiedzialnych za emisję. Być może uda się to osiągnąć dzięki pomocy teleskopu Jamesa Webba, następcy Hubble’a, który w przyszłym dziesięcioleciu zostanie umieszczony w przestrzeni kosmicznej. Pomocny będzie też Square Kilometre Array, radioteleskop, który może powstać w Australii.

Naukowcy pracujący w CERN-ie przy eksperymencie ALPHA dokonali kolejnego istotnego kroku na drodze ku zrozumieniu antymaterii i budowy wszechświata. Eksperymentalnie wykazali, że są w stanie zbadać strukturę wewnętrzną atomu antywodoru. Wiemy, że jest możliwe zaprojektowanie eksperymentu, który pozwoli nam na wykonanie szczegółowych pomiarów antyatomów - mówi Jeffrey Hangst, rzecznik prasowy eksperymentu ALPHA. Nasz wszechświat wydaje się niemal w całości zbudowany z materii. Antymateria gdzieś zniknęła. Tymczasem podczas Wielkiego Wybuchu powinno być jej tyle samo co materii. Zetknięcie materii i antymaterii prowadzi do ich anihilacji. Przewaga materii we wszechświecie sugeruje, że natura preferuje ją nad antymaterię. Jeśli uda się szczegółowo zbadać atomy antymaterii będziemy bliżsi odpowiedzi na pytanie o tę preferencję. W czerwcu ubiegłego roku informowaliśmy, że ekspertom z CERN-u udało się uwięzić i przechować atomy antywodoru przez 1000 sekund. Wówczas Joel Fajans, jeden z naukowców pracujących przy ALPHA mówił, że tysiąc sekund to aż nadto czasu, by wykonać pomiary schwytanego antyatomu. To wystarczająco długo, by np. zbadać jego interakcję z promieniem lasera czy mikrofalami. W skład atomu wodoru wchodzi elektron. Oświetlając atom laserem można doprowadzić do pobudzenia elektronu, który przeskoczy na wyższą orbitę, a następnie powróci na oryginalną orbitę, emitując przy tym światło. Możliwe jest bardzo precyzyjne zmierzenie spektrum tego światła, które w świecie materii jest unikatowe dla wodoru. Teoretycznie niemal identyczne spektrum powinniśmy uzyskać z pobudzenia atomu antywodoru. I właśnie dokonanie takiego pomiaru jest ostatecznym celem eksperymentu ALPHA. Wodór to najbardziej rozpowszechniony pierwiastek we wszechświecie. Jego strukturę rozumiemy bardzo dobrze. Teraz możemy zacząć odkrywać prawdę o antywodorze. Czy są one różne? Czas pokaże - mówi Hangst. Naukowcy dokonali właśnie pierwszych pomiarów antywodoru. Atomy najpierw zostały złapane w magnetyczną pułapkę. Następnie oświetlono je mikrofalami o precyzyjnie dobranej częstotliwości. To spowodowało zmianę orientacji magnetycznej antyatomów i uwolnienie się ich z pułapki. Wówczas antyatomy napotkały na atomy i doszło do ich anihilacji, co pozwoliło czujnikom na zarejestrowanie charakterystycznego wzorca tego zdarzenia. To z kolei dowiodło, że możliwe jest przeprowadzenie eksperymentu, w którym właściwości wewnętrzne atomu antywodoru zostaną zbadane za pomocą mikrofal.

Dzięki wystrzelonemu w 2004 roku satelicie Swift, który specjalizuje się w poszukiwaniach źródeł rozbłysków gamma, udało się zidentyfikować najprawdopodobniej najstarszy znany obiekt we wszechświecie. Astronomowie z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics - Edo Berger, Alicia Soderber i Ryan Foley - zauważyli rozbłysk GRB 090429B do którego doszło w odległości 13,2 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Naukowcy nie byli w stanie znaleźć żadnych źródeł galaktyki, w której prawdopodobnie doszło do rozbłysku. Galaktyka ta, o ile jeszcze istnieje i o ile rozbłysk rzeczywiście miał miejsce w galaktyce, znajduje się obecnie w znacznie większej odległości od Ziemi niż wspomniane 13 miliardów lat świetlnych.

Dragan Slavkov Hajdukovic, fizyk z Czarnogóry, który obecnie pracuje w CERN, nakreślił w swoim studium opublikowanym w Astrophysics and Space Science mechanizm zmieniający materię w antymaterię, skutkujący naprzemiennymi cyklami kurczenia się wszechświata i jego powstawania wskutek wybuchu. Koncepcja ta nie jest nowa. Sam Hajdukovic wspomina, że w 1922 roku kosmolog Alexander Friedmann zauważył, że ogólna teoria względności jest zgodna z koncepcją cyklicznego wszechświata. Od tamtego czasu pojawiło się kilka tego typu koncepcji. To, co proponuje Hajdukovic nie jest kolejnym pomysłem cyklicznego wszechświata napędzanego materią. Opisał on mechanizm, który pozwala na przemianę wszechświata zdominowanego przez materię w taki zdominowany przez antymaterię. Hajdukovic wychodzi od par cząsteczka-antycząsteczka pojawiających się w kwantowej próżni. Teoria nieoznaczoności zezwala na ich pojawianie się i zanikanie w takiej próżni. Do wyjaśnienia, w jaki sposób wirtualne pary stają się realnymi uczony posłużył się mechanizmem Schwingera, zgodnie z którym pole elektryczne silniejsze od pewnej granicznej wartości może z kwantowej próżni utworzyć parę elektron-pozytron. Zdaniem Hajdukovica, w grawitacyjnej wersji mechanizmu rolę „wyzwalacza" może odegrać grawitacja, która może spowodować powstanie zarówno neutralnej jak i naładowanej pary cząsteczka-antycząsteczka. Uczony przyjmuje też założenie, że materia i antymateria się odpychają. Siła odpychania może mieć źródło w grawitacji lub poza nią. W tym miejscu Hajdukovic przyjmuje istnienie siły działającej pomiędzy materią i antymaterią, która ma znaczenie tylko na krótkim dystansie, np. wewnątrz horyzontu zdarzeń czarnej dziury. Tak czy inaczej odległość, na której ona działa, jest mniejsza niż promień Schwarzschilda. Gdy wszechświat przestanie się rozszerzać, a zacznie kurczyć, w pewnym momencie utworzy supermasywną czarną dziurę, wewnątrz której będzie istniało niezwykle silne pole grawitacyjne. Zadziała mechanizm Schwingera, w wyniku którego powstaną pary materia-antymateria. Natychmiast po tym bardzo gwałtownie zadziałają siły odpychające je od siebie, co spowoduje zamianę niemal całej materii w antymaterię (lub odwrotnie) w bardzo krótkim czasie. Przebieg procesu będzie zależał od wielkości czarnej dziury, ale będziemy mieli do czynienia z krótkotrwałym, gwałtownym zjawiskiem. Podobny do Wielkiego Wybuchu. Z obliczeń Hajdukovicia wynika, że w ciągu sekundy może dojść do przemiany 10^128 kilogramów antymaterii w materię lub odwrotnie. To wielokrotnie więcej niż obecna masa wszechświata, która jest szacowana na 10^53 kilograma. Jeśli uczony ma rację, to cała materia wszechświata może zostać zmieniona w antymaterię w ułamku czasu Plancka. Jeśli teoria Hajdukovicia jest prawdziwa, oznacza ona, że wszechświat nie może zamienić się w osobliwość, gdyż jego minimalna wielkość musi wynosić około 40 rzędów wielkości więcej niż długość Plancka. Skoro zaś wszechświat nie był osobliwością, to nie zaszła również kosmologiczna inflacja. Teoria Czarnogórca wyjaśnia również problem nierównowagi pomiędzy materią a antymaterią we współczesnym wszechświecie. Poprzedni wszechświat był zbudowany z antymaterii, która po skurczeniu się i przejściu opisanych powyżej etapów zmieniła się w materię. Następny również będzie składał się z antymaterii. Najwyraźniej nasze najlepsze teorie fizyczne są niewystarczające, by wyjaśnić obserwowane zjawiska z astrofizyki i kosmologii. Standardowy model kosmologiczny zakłada istnienie tajemniczych ciemnych energii i ciemnych materii stanowiących 95% zawartości wszechświata oraz istnienie dwóch mechanizmów o nieznanej naturze, związanych z rozszerzaniem się wszechświata i asymterii materia-antymateria w pierwotnym wszechświecie. Standardowy model kosmologiczny jest oparty w większej mierze na hipotezach niż na fizyce. Taka sytuacja mnie nie satysfakcjonuje. Mój model to próba zrozumienia zjawisk astrofizycznych i kosmologicznych na gruncie fizyki, bez włączania w to nieznanych form materii i energii, nieznanych mechanizmów stojących za rozszerzaniem wszechświata czy asymetrii materia-antymateria - mówi Hajdukovic. Uczony nie pierwszy raz twierdzi, że wszechświat można zrozumieć na gruncie znanej nam fizyki. Na przykład w niedawno opublikowanym dokumencie Czy ciemna materia to iluzja wywołana grawitacyjną polaryzacją próżni kwantowej przedstawia równania, które pozwalają wyjaśnić obserwowane zjawiska bez odwoływania się do ciemnej materii. Jeśli pytacie mnie, jaki jest klucz do zrozumienia wszechświata, to odpowiem, że to kwantowa próżnia z - na chwilę obecną hipotetycznym - odpychaniem się materii i anymaterii. Jeden prosty klucz, zamiast czterech tajemniczych kluczy kosmologii standardowej. Moja odpowiedź może być błędna, ale jeśli jest prawidłowa, oznacza ona olbrzymie zmiany w fizyce teoretycznej, astrofizyce i kosmologii - dodaje uczony. Jego zdaniem już teraz możliwe jest zmierzenie jednego z głównych składników jego teorii. Możemy wykryć odpychanie grawitacyjne pomiędzy materią i antymaterią. Można do tego wykorzystać AEGIS z CERN-u, którego zadaniem jest badania przyspieszenia antywodoru w polu grawitacyjnym ziemi. Inny eksperyment można przeprowadzić dzięki Ice Cube, który mógłby obserwować antyneutrina z supermasywnych czarnych dziur znajdujących się w centrum Drogi Mlecznej i galaktyki Andromedy.

Czy liczba wymiarów, w których żyjemy, zawsze była taka sama? Fizyk Dejan Stojkovic wraz z kolegami z uniwersytetu w Buffalo zaproponowali nową, ciekawą wizję młodego wszechświata. Naukowcy zasugerowali że w pierwszych chwilach trwania wszechświat posiadał tylko jeden wymiar - istniał jako linia ciągła. Dopiero podczas dalszej ekspansji pojawiały się kolejne wymiary - linia przekształciła się w płaszczyznę, dalej w trójwymiarową przestrzeń i ostatecznie w czasoprzestrzeń. Co ciekawe, jest możliwe, że w przyszłości w wyniku ekspansji nasz wszechświat uzyska kolejne, dodatkowe wymiary. Okazuje się, że proponowana hipoteza wyjaśniłaby kilka ważnych kwestii związanych z fizyką cząstek elementarnych z którymi naukowcy nie potrafili sobie poradzić. Wśród nich są: niezgodności pomiędzy mechaniką kwantową a ogólną teorią względności, obserwowalne przyspieszanie rozszerzania wszechświata oraz konieczności zawyżenia masy hipotetycznego bozonu Higgsa. Wszystkie te niejasności znikają kiedy zredukujemy liczbę wymiarów w młodym wszechświecie. W nowym wydaniu Physical Review Letters Stojkovic i Jonas Mureika przedstawiają doświadczenie które mogłoby potwierdzić wysunięta przez Stojkovica hipotezę "znikających wymiarów". Fale grawitacyjne, podobnie jak światło, potrzebują czasu aby dotrzeć do Ziemi. Obserwując te fale de facto oglądamy historię wszechświata. Im dalej spoglądamy tym starszą widzimy jego historię. Ponieważ fale grawitacyjne nie mogą istnieć w jedno- ani dwuwymiarowej przestrzeni, obserwacje najbardziej odległych rejonów wszechświata powinny udowodnić ich nieobecność w pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu. Szansą na potwierdzenie tej hipotezy jest uruchomienie projektu LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Niestety rozpoczęcie obserwacji planowane jest nie wcześniej niż w roku 2018 Jednak już teraz przeprowadzono pewne eksperymenty wskazujące na istnienie przestrzeni o mniejszej ilości wymiarów. Naukowcy zaobserwowali że strumienie promieniowania kosmicznego o energii przekraczającej 1 TeV (wartości porównywalnej do wartości energii w początkowym wszechświecie) ulegają rozproszeniu jakby znajdowały się w płaszczyźnie dwuwymiarowej. Również prace fizyków z Wielkiego Zderzacza Hadronów (Large Hadron Collider), poszukujących bozonu Higgsa mogą przyczynić się do potwierdzenia hipotezy "znikających wymiarów". W zderzeniach obserwuje się tam cząstki biegnące w przeciwnych kierunkach. To zagadkowe zjawisko nie zostało do tej pory wyjaśnione. Pisaliśmy o tym wcześniej.

NASA przez pięć lat badała 200 000 galaktyk i zdobyła jeden z najbardziej przekonujących dowodów na poparcie tezy, że to ciemna energia powoduje, iż wszechświat rozszerza się coraz szybciej. Podczas badań prowadzonych za pomocą Galaxy Evolution Explorera oraz Anglo-Australian Telescope uczeni „zajrzeli" 7 miliardów lat wstecz. Ciemna energia działa tak, jakbyśmy podrzucili piłkę i obserwowali jak oddala się od nas coraz szybciej i szybciej. Uzyskane wyniki pokazują, że ciemna energia jest kosmologiczną stałą, tak, jak chciał tego Einstein. Jeśli przyczyną rozszerzania się wszechświata byłaby grawitacja [jak proponują zwolennicy konkurencyjnej teorii - red.], to nie obserwowalibyśmy takiego stałego działania w czasie - mów Chris Blake, jeden z głównych autorów badań. Uważa się, że ciemna energia stanowi 74% wszechświata, ciemna materia to 22%, a reszta przypada na zwykłą energię i materię, które możemy zauważyć. Uczeni twierdzą, że po Wielkim Wybuchu decydującą rolę odgrywała grawitacja. Jednak około 8 miliardów lat później wszechświat na tyle się rozszerzył, że oddziaływania grawitacyjne pomiędzy galaktykami osłabły tak bardzo, iż dominującą rolę odgrywa obecnie ciemna energia. W miarę upływu kolejnych lat jej rola będzie rosła. Podczas najnowszych badań wykorzystano dwie różne metody. Rozpoczęto od stworzenia olbrzymiej trójwymiarowej mapy galaktyk. Do tego celu wykorzystano Galaxy Evolution Explorera, kosmiczny teleskop działający w paśmie ultrafioletowym, który przebadał około 3/4 widzialnego nieba z setkami milionów galaktyk. Galaxy Evolution Explorer pozwolił nam na zidentyfikowanie jasnych, młodych galaktyk, które są idealne do tego typu badań. Stanowią one punkty odniesienia na wielkiej mapie 3D - mówi Christopher Martin z Caltechu. Jednocześnie za pomocą Anglo-Australian Telescope uzyskano dane na temat światła każdej z galaktyk i określono wzorzec ich rozkładu. Dzięki temu, że we wczesnym wszechświecie fale dźwiękowe wycisnęły rodzaj wzorców wiemy, że pary galaktyk są oddalone od siebie o około 500 milionów lat świetlnych. W ten sposób uzyskano „linijkę", za pomocą której zmierzono odległość różnych par galaktyk od Ziemi. Im bliżej jest dana para od nas, tym dalej wydaje się położona na niebie od innych par. Tak uzyskane informacje nałożono na dane dotyczące prędkości oddalania się par galaktyk od Ziemi, potwierdzając w ten sposób, że wszechświat coraz bardziej przyspiesza. Uczeni wykorzystali też swoją mapę do badania, w jaki sposób tworzyły się gromady galaktyk. Gromady takie mogą zawierać tysiące galaktyk, które są do nich przyciągane za pomocą grawitacji. Jednak ciemna energia, powodując odpychanie galaktyk od siebie, spowalnia cały proces. Dzięki temu można zmierzyć, z jaką siłą oddziałuje. Obserwacje wykonane w ciągu ostatnich 15 lat doprowadziły do odkrycia, że od czasu Wielkiego Wybuchu wszechświat coraz szybciej się rozszerza. Używając niezależnych metod i danych z Galaxy Evolution Explorera wsparliśmy teorię o istnieniu ciemnej energii - stwierdził Jon Morse, jeden z dyrektorów NASA.

Od kilkudziesięciu lat wiadomo, że wszechświat rozszerza się i robi to z coraz większą prędkością. Obowiązujące obecnie teorie mówią, że za zjawisko to odpowiedzialna jest ciemna energia. Tymczasem Massimo Villata z obserwatorium astronomicznego w Turynie uważa, że rozszerzanie się wszechświata spowodowane jest oddziaływaniem materii i antymaterii. Jego zdaniem odpychają się one od siebie, tworząc rodzaj antygrawitacji, dzięki której z teorii możemy pozbyć się ciemnej energii. Villata wyprowadza swoje rozważania z dwóch założeń. Pierwsze to stwierdzenie, że materia i antymateria mają dodatnią masę i gęstość energetyczną. Takie założenie oznacza, że skoro cząsteczki mają masę i antycząsteczki też ją mają, to z pewnością cząsteczki przyciągają cząsteczki, a antycząsteczki przyciągają antycząsteczki. Jednak aby wyjaśnić interakcje zachodzące pomiędzy cząsteczkami i antycząsteczkami Villata korzysta z drugiego założenia. Brzmi ono, że ogólna teoria względności działa tak samo niezależnie od symetrii CPT. Oznacza to, że prawa rządzące cząsteczkami w polu czasoprzestrzennym są tak samo ważne, niezależnie od tego, jak wygląda symetria CPT (ładunku, położenia i czasu). Jeśli zatem odwrócimy równanie ogólnej teorii względności odnoszące się do CPT czy to dla samej cząsteczki czy dla pola czasoprzestrzennego, w którym się porusza, to uzyskamy zmianę znaku przy wartości grawitacji, co wskazuje na występowanie antygrawitacji. Villata obrazuje to słynnym jabłkiem Newtona. Gdyby antyjabłko spadło na antyZiemię, to oba te obiekty przyciągałyby się i antyNewton zostałby trafiony w głowę. Tymczasem antyjabłko nie mogłoby spaść na zwykłą Ziemię, która jest zbudowana z zwykłej materii. Antyjabłko odleciałoby z Ziemi, gdyż doszłoby do zmiany wartości znaku grawitacji pomiędzy nimi. Jeśli zatem, twierdzi Villata, ogólna teoria względności jest niezmienna względem CPT to antygrawitacja powoduje, że cząsteczki i antycząsteczki ciągle się od siebie odpychają. W większej skali objawia się to rozszerzaniem wszechświata, gdyż materia i antymateria odpychają się od siebie. Villata poradził sobie również z pytaniem, dlaczego nie dochodzi do anihilacji materii i antymaterii. uważa on, że są one od siebie zbyt oddalone. Znajdują się bowiem w olbrzymich przestrzeniach pomiędzy gromadami galaktyk.

Astrofizycy zgodnie przyjmują, że np. za miliard lat ich koledzy po fachu nie będą w stanie obserwować pozostałości po Wielkim Wybuchu, nie będą dysponowali bowiem dowodami, jakie my już znaleźliśmy i możemy jeszcze znaleźć. Jak wiemy, wszechświat się rozszerza, galaktyki oddalają się od siebie, a stosunkowo niedawno odkryto mikrofalowe promieniowanie tła - pozostałość po Wielkim Wybuchu. Jednak za miliard lat wszystkie galaktyki oddalą się od siebie tak bardzo, że znajdą się poza obserwowalnym horyzontem, mikrofalowe promieniowanie tła ulegnie olbrzymiemu rozproszeniu i będzie niewykrywalne. Droga Mleczna zderzy się z galaktyką Andromedy, tworząc Mlecznomedę, tworząc jedną galaktykę, a wiele z jej gwiazd, w tym Słońce, przestanie istnieć. Jednak teoretyk Avi Loeb z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics uważa, że nawet bez mikrofalowego promieniowania tła i bez widocznych galaktyk, możliwe będzie badanie rozszerzania się wszechświata i poznawanie jego przeszłości. Astronomowie z Mlecznomedy będą mogli używać w swojej pracy najdalszych dostępnych im źródeł światła, czyli superszybkich gwiazd. Loeb mówi, że co mniej więcej 100 000 lat podwójny układ gwiazd znajduje się zbyt blisko czarnej dziury w centrum galaktyki. Jej obecność powoduje, że układ zostaje rozerwany, jedną gwiazdę wchłania czarna dziura, a druga jest odrzucana z prędkością ponad 1,6 miliona kilometrów na godzinę. To wystarczająco szybko, by opuścić galaktykę. Gdy już gwiazda znajdzie się na tyle daleko, że nie będzie działała na nią grawitacja galaktyki, będzie przyspieszana przez rozszerzanie się wszechświata. Jeśli w przyszłości astronomowie będą dysponowali odpowiednimi instrumentami, to dzięki takim gwiazdom zmierzą tempo ekspansji wszechświata. Badając takie superszybkie gwiazdy będą w stanie stwierdzić, kiedy powstała galaktyka, obliczyć wiek wszechświata i odnaleźć podstawowe parametry kosmologiczne. Będą zatem mogli, tak jak ma to miejsce obecnie, tworzyć teorie podobne do modelu Lambda-CDM.

Badania przeprowadzone na Tufts University prowadzą do zaskakującego wniosku - niektóre z najbardziej masywnych galaktyk są o miliardy lat starsze niż dotychczas przypuszczano. Znaleźliśmy dość dużą liczbę bardzo masywnych, bardzo jasnych galaktyk, które istniały już 12 miliardów lat temu, gdy wszechświat był bardzo młody. Odkrycia te stoją w sprzeczności z najnowszymi modelami dotyczącymi formowania się i ewolucji galaktyk - stwierdził astrofizyk Danilo Marchesini. Odkrycia dokonał on wraz z badaczami z Yale University, Carnegie Observatories, Princeton University i innymi. Uczeni zidentyfikowali galaktyki, które były od 5 do 10 razy bardziej masywne niż Droga Mleczna. Ich przesunięcie ku czerwieni wynosi 3≤z<4, a zatem istniały wówczas, gdy wszechświat liczył sobie od 1,5 do 2 miliardów lat. Obserwując wspomniane galaktyki dokonano jeszcze jednego zaskakującego odkrycia. Ponad 80% z nich wykazuje bardzo dużą jasność w podczerwieni, co jest oznaką ich olbrzymiej aktywności i intensywnego wzrostu. Tymczasem masywne galaktyki w naszym niedalekim sąsiedztwie są bardzo spokojne i nie dochodzi w nich do formowania się gwiazd. Być może jednak uda się dopasować istnienie wspomnianych galaktyk do obowiązujących modeli. Ich przesunięcie ku czerwieni zostało bowiem ocenione za pomocą modelowania SED (spectral energy distribution) i jeszcze nie potwierdzono go badaniami spektroskopowymi. Metoda SED jest mniej dokładna niż badania spektroskopem. Jeśli zatem spektroskop wykaże, że połowa z tych masywnych galaktyk znajduje się nieco bliżej, z przesunięciem do czerwieni z=2,6, będzie to oznaczało, że powstały one gdy wszechświat liczył sobie 2,5 miliarda lat, a w przestrzeni kosmicznej było bardzo dużo pyłu absorbującego światło, to niezgodność z obecnymi modelami będzie znacząco mniejsza. Wciąż jednak odkrycie masywnych galaktyk o z=2,6 będzie bardzo znaczące. Tak czy inaczej jasne stało się, że nasze pojmowanie tego, w jaki sposób tworzą się masywne galaktyki, jest dalekie od satysfakcjonującego - mówi Marchesini.

Astrofizycy z Australii i Wielkiej Brytanii poinformowali, że znaleźli dowody na to, iż prawa fizyki są różne w różnych częściach wszechświata. Do takiego wniosku doszedł zespół pracujący pod kierunkiem Johna Webba z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii. Naukowcy badali stałą struktury subtelnej, która jest podstawową stałą fizyczną. Opisuje ona siłę oddziaływań elektromagnetycznych i oznaczana jest jako α. Okazuje się, że wielkość ta wcale nie jest stała. Uczeni wykorzystali teleskop VLT w Chile oraz teleskop Kecka z Hawajów. Za ich pomocą sprawdzili, w jaki sposób światło z 300 galaktyk położonych w odległości 12 miliardów lat świetlnych jest absorbowane przez atomy pyłu międzygwiezdnego. Jako że oba teleskopy znajdują się na różnych półkulach Ziemi, muszą być zwrócone w różnych kierunkach. Porównanie danych z urządzeń wykazało znaczne różnice. Gdy za pomocą teleskopu Kecka patrzymy na północ, to α odległych galaktyk jest średnio mniejsza. Gdy patrzymy na te galaktyki na południe za pomocą VLT - α jest większa - mówi Julian King z University of New South Wales. Różnica jest niewielka, rzędu 1/100 000, ale naukowcy nie wykluczają, że poza horyzontem, który jesteśmy w stanie obserwować, może być ona znacznie większa. Profesor Webb mówi, że istnieje oś, wzdłuż której alfa ulega zmianie. Sam fakt, że stała struktury subtelnej okazała się zmienną, świadczy o tym, że prawa pozwalające na istnienie życia na Ziemie nie muszą dopuszczać jego pojawienia się w innych obszarach kosmosu. Tam życie może powstawać według całkowicie innych zasad. Astrofizyk Scott Croom, który nie był zaangażowany w opisywane badania, doradza ostrożność. Mówi, że twierdzenia jego kolegów są rewolucyjne i jeśli się potwierdzą będzie to "fantastyczna rzecz", jednak konieczne są mocne dowody na poparcie ich słów. Przypomina, że podczas tego typu obserwacji łatwo o błędy i już w przeszłości okazywało się, że wiele z obiecujących odkryć okazało się niewypałami, gdyż uzyskane dane zostały zafałszowane przez nieznane wcześniej błędy.

Wun-Yi Shun z Thing Hua University na Tajwanie zaproponował nowe modele kosmologiczne, które mogą lepiej wyjaśniać budowę wszechświata niż teoria Wielkiego Wybuchu. Modele Shuna pozwalają objaśnić np. problem coraz szybszego rozszerzania się wszechświata i to bez konieczności odwoływania się do takich stałych jak np. ciemna energia. Shu postanowił spojrzeć w zupełnie nowy sposób na takie pojęcia jak czas, przestrzeń masa i długość. W zaproponowanym przezeń modelu czas i przestrzeń mogą zmieniać się jedno w drugie, a czynnikiem zmiany może być różna prędkość światła. Do podobnych przemian dochodzi pomiędzy masą a długością, a czynnikiem zmiany jest tutaj zmieniająca się "stała" grawitacji oraz zmieniająca się prędkość światła. Innymi słowy Shu proponuje by uznać, że w miarę jak wszechświat się rozszerza, czas zmienia się w przestrzeń, a masa w odległość. Gdy wszechświat się kurczy, zachodzą odwrotne przemiany. Model Shu zakłada przede wszystkim, że: - prędkość światła i stała grawitacji nie są stałe, a ulegają zmianom w miarę ewolucji wszechświata, - czas nie ma początku ani końca, - wszechświat ma kształt hipersfery, a więc nie występuje w nim problem horyzontu i problem płaskości związane z teorią Wielkiego Wybuchu, - tempo rozszerzania się wszechświata czasami przyspiesza, a czasami zwalnia. Shu przetestował swój model wykorzystując do tego celu najnowsze obserwacje dotyczące supernowej typu 1a. Ujawniają one, że rozszerzanie się wszechświata przyspiesza. Model Shu pasuje do tych obserwacji. Tymczasem teoria Wielkiego Wybuchu nie pasuje, co skłoniło naukowców do szukania wyjaśnień w istnieniu ciemnej energii. Moja praca przedstawia nowy model teoretyczny opisujący, w jaki sposób oddziałują na siebie geometria czasoprzestrzeni oraz dystrybucja masy i energii - mówi Shu. Rozwiązuje ona współczesne problemy kosmologiczne, takie jak wielki wybuch, ciemna energia i problem płaskości - dodaje.

W prestiżowym piśmie Preceedings of the National Academy of Sciences ukazał się artykuł, w którym dwóch matematyków - Blake Temple z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davies i Joel Smoller z University of Michigan - dowodzi, że ciemna energia nie istnieje. Jeśli mają rację, ich teoria może całkowicie zmienić postrzeganie budowy wszechświata. Temple i Smoller postulują, że wszechświat nie rozszerza się coraz szybciej napędzany przez tajemniczą ciemną energię. Ich zdaniem rozszerzające się fale wędrujące przez czasoprzestrzeń powodują, że wydaje się nam, iż odległe galaktyki coraz szybciej uciekają. Istnienie tych fal, zainicjowanych przez Wielki Wybuch, wyjaśnia, dlaczego obiekty wydają się znajdować dalej, niż wynika to z Modelu Standardowego. Matematycy przedstawili serię wyliczeń, w których pokazują, jak teoria o fali pasuje do ogólnej teorii względności i jak powoduje ona względne przyspieszenie. Na tym etapie myślimy, że to bardzo ciekawa teoria. Naszym zdaniem nie ma żadnego przyspieszenia. Galaktyki są tam, gdzie być powinny, ale w wyniku działania fali widzimy je w nieco innej pozycji niż przypuszczaliśmy, że się znajdują - mówi Temple. Swoją teorię porównuje do wrzucenia kamienia do wody. Miejsce upadku kamienia to Wielki Wybuch. Od niego rozchodzą się koncentrycznie fale. Gdy formują się galaktyki, to znajdują się one w nieco innym miejscu, niż gdyby fali nie było. A więc znajdują się nie tam, gdzie możemy się ich spodziewać. Trzeba jednak wziąć pod uwagę fakt, że z Ziemi wydaje się, iż obiekty uciekają równomiernie we wszystkich kierunkach. Teoria fali zmusza nas więc do przyjęcia jednego z dwóch założeń: albo Droga Mleczna znajduje się w pobliżu centrum wszechświata, niedaleko miejsca, gdzie doszło do Wielkiego Wybuchu, albo też że znajdujemy się znajdujemy się w centrum jakiejś mniejszej fali, a on wpływa na nasze postrzeganie innych obiektów. Z całym dowodem można zapoznać się na stronie domowej Blake'a Temple'a [PDF].

Jeden z najbardziej poważanych amerykańskich kosmologów, profesor Lawrence Krauss z Arizona State University, uważa, że w odległej przyszłości astronomowie nie będą w stanie obserwować pozostałości po Wielkim Wybuchu. Nie zaobserwują więc promieniowania, które zostawił, nie będą mogli badać ruchu odległych galaktyk czy oglądać odległych obiektów. Mogą zatem dojść do wniosku, że nasza galaktyka jest jedyną we wszechświecie. Wszystko dlatego, że ciemna energia spowoduje, iż wszechświat rozszerzy się poza zasięg instrumentów badawczych, a znajdujące się w nim obiekty będą oddalały się od nas z prędkością większą, niż prędkość światła. Nic nie może poruszać się przez kosmos z prędkością większą,niż prędkość światła. Ale sam kosmos może. Gdy to się dzieje, niesie on obiekty jak fala surfera. Ich światło nie może do nas dotrzeć, więc znikają one sprzed naszych oczu - mówi Krauss. Ten "ciemny wiek" kosmosu nie nastąpi jednak szybko. Z obecnie dostępnych danych wynika, że opisywana przez Kraussa sytuacja będzie miała miejsce za około 50 miliardów lat. W tym czasie Słońce przestanie istnieć, prawdopodobnie niszcząc też i Ziemię. Ludzie mogą jednak skolonizować w międzyczasie inne planety. Żyjemy w bardzo ciekawych czasach, a dokładniej mówiąc, w jedynych czasach, w których możemy empirycznie dowieść, że żyjemy w bardzo ciekawych czasach - stwierdza Krauss.

Astronomowie z Caltech (California Institute of Technology) oraz brytyjskiego Durham University poinformowali, że udało im się zajrzeć tak daleko w głąb kosmosu, jak nikomu wcześniej. Za pomocą teleskopu Keck na Hawajach byli w stanie zaobserwować galaktykę, oddaloną od Ziemi o 11 miliardów lat świetlnych. Dotychczas możliwa była obserwacja galaktyk odległych o 7-8 miliardów lat. Jeśli weźmiemy pod uwagę fakt, iż obserwacja odległych obiektów to nic innego jak obserwowanie ich przeszłości, zauważymy, że astronomowie znacznie przybliżyli się do momentu, w którym będą mogli zobaczyć obiekty odległe o 13 miliardów lat. A prawdopodobnie tyle czasu minęło od powstania wszechświata. Aby zobaczyć tak odległy obiekt, astronomowie wykorzystali dwie sztuczki. Jedna to naturalne zjawisko zaginania światła przez grawitację. Duże obiekty powodują, że przechodzące w ich pobliżu światło zostaje zagięte. Astronomowie wykorzystują takie naturalne kosmiczne "soczewki", gdyż dzięki nim obraz odległych obiektów jest ośmiokrotnie bardziej ostry, niż obiektu obserwowanego bez pośrednictwa "soczewek". Jednak galaktyka, którą obserwowano, jest bardzo mała. Liczy sobie zaledwie kilka tysięcy lat świetlnych. Dlatego też samo ośmiokrotne poprawienie obrazu nie pozwoliłoby na jej obserwację. Uczeni wykorzystali więc technologię optyki adaptacyjnej. Jej zadaniem jest skompensowanie faktu, iż atmosfera Ziemi rozprasza światło, pogarszając tym samym obraz. Kompensacji tej dokonuje się, mierząc rozproszenie i wprowadzając odpowiednie poprawki. By tego dokonać najpierw oświetla się laserem atmosferę. Promień lasera dociera do cienkiej warstwy sodu, znajdującej się na wysokości około 90 kilometrów i pozostawionej tam przez meteoryty spalające się w atmosferze naszej planety. Promień odbija się od sodu i dociera do głównego lustra teleskopu. Lustro mierzy zakłócenia wywołane przejściem światła przez atmosferę. Dane docierają do komputera, który następnie steruje matrycą niewielkich luster, poruszając o mikrometr każde z nich wielokrotnie w ciągu sekundy. W ten sposób zakłócenia atmosferyczne są eliminowane, a "czysty" obraz jest rejestrowany przez kamerę. Dzięki obu opisanym technikom uzyskano obraz wyraźniejszy, niż ten dostarczany przez Teleskop Hubble'a którego przecież nie zakłóca atmosfera. Obserwując odległą o 11 miliardów lat galaktykę, astronomowie odkryli, że wiruje ona podobnie, jak inne galaktyki, jednak, w przeciwieństwie do np. Drogi Mlecznej, nie wykształciła jeszcze ramion. System optyki adaptacyjnej został zamontowany w teleskopie Keck II w 2004 roku, jednak dotychczas nie był używany do obserwacji tak odległych obiektów. Odkrycie dokonane przy pomocy teleskopu Keck jest imponujące i pokazuje, ile jeszcze można osiągnąć, korzystając z najnowszych zdobyczy technologii. W ciągu najbliższych kilkunastu lat ma zostać uruchomione urządzenie, które przyćmi Kecka. Mowa tutaj o Thirty-Meter Telescope (TMT), który będzie wspólnym dziełem Amerykanów i Kanadyjczyków. Lustro TMT będzie miało dziewięciokrotnie większą powierzchnię, niż obszar głównego lustra Kecka. Ponadto nowy teleskop zostanie wyposażony w znacznie bardziej zaawansowaną technologię optyki adaptacyjnej, korzystającą z sześciu laserów. Zostanie wyposażony też w tysiące miniaturowych luster, które będą odpowiedzialne za kompensację zakłóceń obrazu przez atmosferę. W przyszłym roku zapadnie decyzja, czy TMT będzie budowany na Hawajach czy w Chile. Nowy teleskop ma powstać w ciągu 10 lat.

Uczeni z University of Wisconsin-Madison twierdzą, że możemy "zobaczyć” kształty dodatkowych wymiarów, przewidzianych w teorii strun, badając ich wpływ na energię kosmiczną. W najnowszym numerze pisma Physical Review Letters zamieścili artykuł, który dowodzi, iż możliwe jest wykorzystanie danych uzyskanych z eksperymentów do badania natury dodatkowych wymiarów. Teoria strun (powstała w 1970 roku i zwana obecnie teorią strun bozonowych) mówi, że wszystko we wszechświecie, od najmniejszych cząstek po największe galaktyki, jest zbudowane z niewielkich wibrujących strun energii. Jest to bardzo popularna teoria, ale dotychczas nie mamy żadnych dowodów na jej poparcie. Jej matematyczny model sugeruje, że oprócz znanych nam czterech wymiarów (trzech fizycznych + czas), istnieje jeszcze sześć innych. Te dodatkowe, niewidoczne wymiary, są zakrzywione do rozmiarów subatomowych i "otaczają” każdy najmniejszy punkt wszechświata. Z teorią strun (obecnie jej następczynią jest stworzona w 1984 roku teoria superstrun) naukowcy wiążą olbrzymie nadzieje. Chcieliby z niej wyprowadzić ogólną teorię względności i mechanikę kwantową, tworząc w ten sposób kwantową teorię grawitacji. Prace akademików z Wisconsin być może pozwolą na rozpoczęcie doświadczalnych badań, które pogłębią naszą wiedzę na temat strun i budowy wszechświata. Z matematycznego modelu wynika, że te dodatkowe, niewidoczne dla nas wymiary, mogą przyjąć jeden z dziesiątków tysięcy możliwych kształtów, a każdy z nich będzie własnym kosmosem z własnymi prawami fizycznymi. Te kształty są tak małe, że nie jesteśmy w stanie ich obserwować. Uczeni postanowili więc zaobserwować wpływ, jaki wywierają one na otoczenie. Doszli do wniosku, że sześć niewidocznych wymiarów największy wpływ wywierało przed Wielkim Wybuchem, gdy sam wszechświat był jedynie punktem skondensowanej materii i energii. Pomyśleliśmy, że trzeba się cofnąć w czasie i sprawdzić, co się wówczas działo – powiedział kierujący badaniami fizyk Gary Shiu. Do podróży w czasie wykorzystali mapę energii kosmicznej, uwolnionej podczas Wielkiego Wybuchu. Rozkład energii we wszechświecie znamy m.in. dzięki satelitom NASA. Mapa ta nie zmieniła się w ciągu ostatnich 13 miliardów lat, więc pokazuje nam kosmos w momencie jego tworzenia się. Shiu twierdzi, że tak jak na podstawie cienia rzucanego przez przedmioty można wnioskować o ich kształcie, tak rozkład energii wskazuje na kształt sześciu wspomnianych wymiarów. By odkryć niewidoczne kształty uczeni skorzystali z prostych zasad geometrii. Na ich podstawie, biorąc pod uwagę naszą obecną wiedzę, stworzyli mapę rozkładu energii. Gdy porównano ją z rzeczywistą mapą, zauważono małe, ale istotne różnice. Te właśnie różnice biorą się właśnie z oddziaływania sześciu nieznanych wymiarów, uważa Shiu. Co prawda, dodaje, nie posiadamy obecnie wystarczająco dużej ilości danych, by określić te kształty precyzyjnie, ale już teraz tworzone są projekty, które w najbliższej przyszłości dostarczą nam dodatkowych informacji, które pozwolą stopniowo zmniejszać liczbę możliwych kształtów tworzonych przez sześć wymiarów. Jeśli określimy ich kształt, będziemy wiedzieli, czy teoria strun jest prawdziwa – mówi Henry Tye, fizyk z Cornell University, który nie był zaangażowany w badania.

Naukowcy z California Institute of Technology (Caltech) twierdzą, że w mikrofalowym promieniowaniu tła (CMB) znajdują się informacje, pochodzące sprzed powstania wszechświata. Istnienie CMB uznaje się za najmocniejszy dowód na poparcie teorii Wielkiego Wybuchu. W 1992 roku satelita Cobe wykrył niewielkie zakłócenia w tym promieniowaniu. Doktor Adrienne Brickcek wraz z kolegami z Caltech wysuwa obecnie teorię, że fluktuacje te to dowód, iż nasz wszechświat "wypączkował" z wcześniejszego wszechświata. Wysuwając swoje twierdzenia naukowcy opierają się na danych z satelity WMAP, który od 2001 roku bada CMB. Amerykanie wysunęli tę teorię, gdyż z danych WMAP wynika, że z jednej strony wszechświata fluktuacje mikrofalowego promieniowania tła są o 10% silniejsze, niż z drugiej strony. Ich zdaniem, może to być przypadek, ale taka struktura mogła też zostać "odziedziczona" po poprzednim wszechświecie. Mówimy, że przed Wielkim Wybuchem nie istniał czas. Tymczasem powinniśmy mówić, że nie wiemy, czy wcześniej coś istniało, a jeśli istniało, to co to było - stwierdził podczas prezentacji profesor Sean Carroll, współautor badań. Teoria uczonych z Caltechu wymaga jeszcze dopracowania, jeśli jednak mają oni rację, to po raz pierwszy mamy do czynienia z informacjami pochodzącymi sprzed początków naszego wszechświata.

Naukowy z University of Minnesota odkryli we wszechświecie olbrzymią dziurę. Uczeni poinformowali, że nie zawiera ona niczego. Ani gwiazd, ani galaktyk, ani nawet ciemnej materii. Olbrzymia dziura ma szerokość miliarda lat świetlnych. Profesor Lawrence Rudnick stwierdził, że nie tylko nikt nigdy nie odkrył tak olbrzymiej dziury, ale nawet nie spodziewano się, że może ona w ogóle istnieć. Rudnick oraz jego współpracownicy Shea Brown i Liliya Williams badali pewne zimne miejsce w kosmosie za pomocą satelity Wilkinson Microwave Anisotropy Probe i odkryli dziurę. Wiedzieliśmy, że to miejsce jest inne od pozostałych – mówi Rudnick. Jeśli weźmiemy pod uwagę wcześniejsze badania i komputerowe symulacje dotyczące ewolucji wszechświata, to musimy stwierdzić, że to, co odkryliśmy, nie jest normalne – stwierdziła Williams. Dziura znajduje się w okolicy konstelacji Erydana, na południowy zachód od Oriona.

Nowe odkrycie może doprowadzić do obalenia dotychczasowych teorii i zmusić naukowców do ponownego oszacowania wielkości Wszechświata. Astronomowie odkryli bowiem nieznaną wcześniej supernową typu 1a, która jest bardziej masywna, niż zakładają współczesne teorie. Supernowe tego typu to swoiste "kosmiczne latarnie". Wykorzystuje się je do mierzenia odległości, ponieważ, jak dotychczas sądzono, zawsze wybuchają z określoną jasnością. Dzięki nim można oceniać wielkość Wszechświata. Wydzielają one około pięciu miliardów razy więcej światła niż Słońce i należą do najbardziej jasnych punktów we Wszechświecie. W 1998 roku dzięki obserwacji supernowej typu 1a astronomowie stwierdzili, że tempo rozszerzania się Wszechświata wzrasta. Jak powstają supernowe typu 1a Gwiazda, która wypaliła całe swoje paliwo staje się białym karłem. Taki obiekt kosmiczny zaczyna absorbować materię z otoczenia, najczęściej z pobliskiej gwiazdy, tzw. czerwonego olbrzyma. Gdy biały karzeł osiągnie masę 1,4 raza większą niż masa naszego Słońca (jest to tzw. granica Chandrasekhara) dochodzi do rozpoczęcia reakcji termojądrowej i gwałtownej eksplozji. Obecne teorie mówią, że podczas eksplozji każda supernowa 1a emituje tyle samo światła. Nowe odkrycie Astronomowie odkryli jednak właśnie supernową typu 1a, która zyskała oznaczenie SNLS-03D3bb. Okazało się, że świeci ona dwukrotnie bardziej, niż inne supernowe. Ponadto okazało się, że charakteryzuje się ona niską energią kinetyczną (czyli energią materii wyrzuconej podczas eksplozji). Oba te odkrycia oznaczają, że SNLS-03D3bb powstała z białego karła znacznie bardziej masywnego, niż wskazywałaby na to granica Chandrasekhara. Materiał wyrzucony przez tą supernową porusza się bardzo powoli i sądzimy, ze jest to spowodowane faktem, iż gwiazda, która eksplodowała była niezwykle masywna, a więc miała też większą energię wiązania. Mówiąc prościej: podczas eksplozji powstaje pewna ilość energii. Część z niej przeznaczana jest na pokonanie energii wiązania, a reszta zamienia się w energię kinetyczną - mówi Andy Howell, badacz z University of Toronto. Zatem im większa ilość energii zostaje zużyta na pokonanie energii wiązania, tym mniej jej zamienia się na energię kinetyczną i wyrzucony podczas eksplozji materiał porusza się wolniej. Nowe odkrycie pozwoli naukowcom pogrupować supernowe 1a w różne typy i, jak ma nadzieję Howell, umożliwi dokładniejsze określenie wielkości i wieku Wszechświata.

Głęboko w kosmosie astronomowie odkryli pięć bardzo starych galaktyk. Są one bardzo duże jak na swój wiek i bardzo szybko formują się w nich gwiazdy, co może skłonić astronomów do zmiany obecnie obowiązujących poglądów na tworzenie się galaktyk. Wiek wszechświata ocenia się na 13,7 miliarda lat. Przez pierwsze 500 milionów lat panowała w nim ciemność, gdyż gwiazdy dopiero się rodziły. Później zaczęły tworzyć się galaktyki. Dotychczas uważano, że proces ten zajął wiele miliardów lat. Tymczasem pięć nowo odkrytych galaktyk powstało przed 12 miliardami lat, więc „rodziły się” one zaledwie przez około miliard lat. Są one co najmniej tak duże jak Droga Mleczna. Międzynarodowy zespół naukowców użył całego szeregu instrumentów – teleskopów Hubble’a, Spitzeraz oraz Submilimeter Array na Hawajach – by potwierdzić, że znaleziono kilka osobnych dużych galaktyk, a nie większą grupę małych. Z wyliczeń astronomów wynika, że gwiazdy powstają w nich około 1000-krotnie szybciej, niż w Drodze Mlecznej. Gęste chmury pyłu powodują jednak, że ich światło jest bardzo przytłumione. Nie mamy pojęcia dlaczego te galaktyki powstały tak szybko – mówi Giovanni Fazio z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Odkrywcy przekazali uzyskane dane do naukowców zajmujących się astronomią od strony teoretycznej. Ci spróbują opracować komputerowy model, który wyjaśni zagadkę. Astofizyk Edwin Turner z Princeton University określił odkrycie swoich kolegów jako „potencjalnie ważne”. Może ono pozwolić na zbadanie, w jaki sposób kosmiczny pył utrudnia nam obserwacje. Dzięki temu naukowcy będą mogli brać poprawkę na jego istnienie.

Astronomowie stworzyli pierwszą trójwymiarową mapę wszechświata, w której uwzględniono "ciemną materię”, która stanowi aż 25% kosmosu. Skład "ciemnej materii” nie jest znany, jednak wiadomo, że bez niej wszechświat nie może istnieć. Jest ona rodzajem "kleju” spajającego galaktyki. Podczas tworzenia mapy naukowcy trafili na kilka nowych zagadek. W niektórych regionach "ciemnej materii” nie towarzyszą jasne, widzialne obiekty. Ogólny obraz jest taki, jakiego się spodziewaliśmy. Istnieją jednak niewielkie nieprawidłowości – mówi Richard Massey z California Institute of Technology (Caltech) w Pasadenie, który wraz z zespołem stworzył mapę, składając ją z setek fotografii z teleskopu Hubble’a. Niektórzy specjaliści uważają, że nieprawidłowości są błędami w sposobie przeprowadzania obserwacji. Jeśli jednak to nie błędy, to będzie to olbrzymi szok, mówi Massey. Eric Linder z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley zauważa, że mapa potwierdza wcześniejsze teorie dotyczące "ciemnej materii”. Zasugerował on, że być może wykaże ona, iż istnieją całe niewidzialne galaktyki stworzone z takiej materii. Uważa to jednak za mało prawdopodobne.

Wreszcie udało się wyjaśnić, co się stało z brakującym od czasów Wielkiego Wybuchu litem. Okazało się, że pochłaniają go gwiazdy. Rozbieżność między ilością litu, która według wyliczeń miała powstać na początku wszechświata, a znajdowaną obecnie jego "garstką" wprawiała astronomów w zakłopotanie, stawiając pod znakiem zapytania fundamentalną teorię planetarną. Teoria głosiła, że podczas Wielkiego Wybuchu z podstawowych składników, helu i wodoru, powstało do 3 razy więcej litu, który wchodzi teraz w skład starszych gwiazd. Zespół Obserwatorium Astronomicznego w Uppsali uważa, że rozwiązał zagadkę brakującego litu. Szwedzcy naukowcy twierdzą, że o ile inne pierwiastki weszły w skład najróżniejszych obiektów kosmicznych, to lit został "ściągnięty" przez gwiazdy i uległ w nich zniszczeniu, gdy temperatura przekroczyła 2 miliony stopni. Swoje twierdzenia uczeni wysunęli na podstawie obserwacji 18 gwiazd w różnym wieku. Na ich podstawie obliczyli, że wyjściowa ilość litu była o 78% wyższa niż obecnie. To wyjaśnia różnice pomiędzy teorią Wielkiego Wybuchu a stanem obecnym.