Uniwersytet Śląski w Katowicach

Dzisiaj wiemy, że Droga Mleczna jest naszą rodzimą galaktyką, której centrum obiegamy wraz ze Słońcem.

Dr Aleksandra Piórkowska-Kurpas z Instytut Fizyki – Uniwersytet Śląski wyjaśnia dlaczego.

Kosmos, Wszechświat…. Przez wieki, ludzkość żyła w przekonaniu, że Wszechświat to Ziemia i jej najbliższe sąsiedztwo: Słońce, Księżyc i planety Układu Słonecznego, których liczba systematycznie powiększała się wraz z coraz dokładniejszymi obserwacjami astronomicznymi.

Reszta – tzw. strefa gwiazd stałych – wyznaczała granice poznania. Wynalazek lunety, a później – teleskopu, pozwoliło dostrzec na sferze niebieskiej inne obiekty, nazwane ze względu na swój rozmyty kształt mgławicami.

Powoli odkryto, że Droga Mleczna składa się z olbrzymiej liczby gwiazd, co wywołało żywiołowe dyskusje dotyczące natury Drogi Mlecznej oraz mgławic. Okazało się, że część tych obiektów to faktycznie lokalne skupiska materii międzygwiazdowej (m. in. pozostałości po wybuchach supernowych) ale część z nich (np. najbliższa nam galaktyka Andromedy) są, podobnie jak Droga Mleczna, zbiorowiskiem gwiazd.

Coraz potężniejsze teleskopy pozwoliły na odkrycie, że Wszechświat składa się z olbrzymiej ilości takich obiektów, znanych obecnie pod nazwą: galaktyki. Oddziaływanie grawitacyjne sprawia, że galaktyki tworzą niezwykle skomplikowaną sieć zwaną strukturą wielkoskalową Wszechświata. Tak więc, w naszych oczach Kosmos stał się obszarem o niezwykle bogatej budowie i wielkich rozmiarach. Co więcej, nie jest on już tworem statycznym i niezmiennym.

Od odkrycia Edwina Hubble’a w latach trzydziestych ubiegłego wieku wiemy, że Wszechświat stale powiększa swoje rozmiary. Obserwujemy to jako wzajemne rozbieganie się galaktyk w ten sposób, że im dalej galaktyki leżą od siebie, tym szybciej od siebie uciekają. Co jest tego przyczyną? Współczesna teoria grawitacji zbudowana jest na pewnych podstawowych równaniach zwanych równaniami Einsteina. Równania te zastosowane w skali globalnej dopuszczają możliwość ekspansji przestrzeni.

Aby jednakże wyjaśnić obserwowane tempo rozszerzania się Wszechświata należy do równań włożyć pewien dziwny typ materii/energii o właściwościach antygrawitacyjnych, żargonowo nazwany ciemną energią. Okazuje się, że aż ok. 70% całej zawartości materialnej Wszechświata przypada na ową tajemniczą składową. Dodatkowo, od ok. lat 70-tych ubiegłego wieku wiemy, że do tradycyjnej materii odpowiadającej za przyciąganie grawitacyjne, musimy dodać jeszcze nadprogramowy składnik. Jest on potrzebny aby wytłumaczyć m.in. obserwowane wypłaszczenie krzywych rotacji gwiazd w galaktykach spiralnych: gwiazdy poruszają się tak, jakby w galaktyce znajdowała się dodatkowa masa.

Materia (barionowa), z której jesteśmy zbudowani i z której zbudowane są m.in. gwiazdy, może w pewnych określonych warunkach (np. wysokie temperatury) wysyłać promieniowanie elektromagnetyczne (np. gwiazdy „świecą”). Natomiast tej masy dodatkowej nie widzimy w żaden inny sposób, jak tylko przez oddziaływanie grawitacyjne, stąd jej nazwa: ciemna materia.

Najnowsze obserwacje wskazują, że ciemna materia może stanowić nawet ok. 30% całej zawartości materialnej Wszechświata. Widzimy więc, że to co wiemy o Kosmosie to zaledwie niecały 1% ! To mniej więcej tak, jakbyśmy chcieli przeczytać książkę, w której (np. w wyniku błędnego drukowania) z wszystkich liter zostałaby tylko litera „u”. Obecnie trwają intensywne poszukiwania odpowiedzi na pytanie czym jest ciemna energia oraz ciemna materia. Na razie bezskutecznie. Istnieją głosy przemawiające za tym, że dopiero tzw. teoria kwantowej grawitacji, łącząca teorię grawitacji opisującą naturę w skalach największych z teorią kwantową opisującą naturę w skalach najmniejszych, pozwoli odpowiedzieć na to pytanie.