Prošlo je gotovo 20 godina od mojih prvih aktivnosti u promoviranju znanosti i raskrinkavanju raznih zabluda i pogrešnih tumačenja kako znanstvenih činjenica tako i načina na koji znanost funkcionira. U tom sam periodu imao priliku čuti ili pročitati brojne gluposti vezane uz znanost, no među njima se posebno ističe jedna, čini se nedostižna, koja mi služi kao pedagoški primjer na nastavi i koja mi je bila inspiracija za pokretanje sveučilišnog kolegija Znanost u svakodnevnom životu. Radi se o izjavi koju je u jednoj televizijskoj emisiji izrekao jedan, svojedobno medijski vrlo eksponirani, fizičar: "[Veliki prasak] je samo jedan model, to nije nužno istina... to je ono što takozvani nevjernici pričaju... oni koji vjeruju u veliki prasak i evoluciju... hipnotizirani i ostali hipnotizirani u takozvanom boljševizmu..."

Analiza te bogate rečenice zahtijevala bi cijelu knjigu, no komentirat ću samo dio koji se odnosi na novosti iz kozmologije koje nam donosi DESI. Dakle, sve je u znanosti model i ništa nije nužno istina. Međutim, nisu sve ideje ravnopravne. Neke tek čekaju prve opažačke ili eksperimentalne potvrde. Takve ideje zovemo hipotezama. Neke su dobile svoje prve potvrde. Mnoge su već opovrgnute. Neke su ideje dobile mnoštvo potvrda i zasad nisu opovrgnute. Takve nazivamo znanstvenim teorijama ili modelima. Model velikog praska, ili općenitije standardni model fizičke kozmologije, je jedan takav model. Ali nije „samo jedan model” nego je trenutačno, prema svim opažanjima kojima zasad raspolažemo, najbolji model razvoja svemira koji imamo. I taj model zasad nije opovrgnut, a ima ogroman broj potvrda koje dijelimo u četiri velike klase: 1) širenje svemira, 2) kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje, 3) primordijalna nukleosinteza i 4) struktura svemira na velikoj skali. U sva četiri slučaja predviđanja proizlaze iz modela, a opažanja ih višestruko potvrđuju. Točki četiri, koja je obično najmanje poznata, veliki doprinos daje DESI, koji je ovih dana objavio rezultate prve godine svojih zadivljujućih opažanja.

DESI: spektroskopski instrument za tamnu energiju

Međunarodne kolaboracije, okupljene oko teleskopa na kojima radim, uključuju i Indijce. Kad su oni izvan svoje zemlje onda za sve tipično indijsko kažu desi. Ta riječ ima porijeklo u sanskrtu, a znači otprilike domovina ili nacija. Ali DESI nema veze s desi. DESI je akronim od Dark Energy Spectroscopic Instrument, spektroskopski instrument za tamnu energiju. Preciznije, to je spektrograf instaliran na teleskop Mayall smješten na opservatoriju Kitt Peak u Arizoni. Namijenjen je sustavnom pretraživanju dalekih galaksija. Sastoji se od 5000 neovisnih fotodetektora od kojih svaki, u jednom dvadesetminutnom opažanju, snima spektar svoje galaksije. Tako svakih 20 minuta instrument prikupi novih 5000 spektara dalekih galaksija. Svake noći oko 100 000.

Za razliku od astrofotografije, na kojoj je prikazan prostorni raspored svjetlosti kozmičkog izvora, snimka spektra sadrži informacije o raspodjeli intenziteta u ovisnosti o valnoj duljini. Spektar nam otkriva mehanizam emisije, ali i razne druge podatke. Za DESI je zanimljiv crveni pomak spektralnih linija iz kojeg se može odrediti brzina udaljavanja galaksije, a iz nje se pak može izračunati udaljenost. Drugim riječima, DESI svaku galaksiju može locirati i tako graditi trodimenzijsku kartu svemira.

Kao što svemir nije jednoliko popunjen zvijezdama, nego su te zvijezde gravitacijski vezane u galaksije, tako nije ni jednoliko popunjen galaksijama. I galaksije su gravitacijski vezane u skupove galaksija, a skupovi u superskupove. Postoje i velike praznine bez galaksija, koje nazivamo voidovi. Sve u svemu, galaksije u svemiru nisu nasumično razbacane, postoji određena pravilnost u njihovom prostornom rasporedu koja se može, s jedne strane, izračunati iz teorijskih modela i s druge strane provjeriti opažanjima. To prostornu raspodjelu galaksija nazivamo struktura svemira na velikoj skali i nju sam već spomenuo kao četvrtu, najmanje poznatu, klasu potvrda modela velikog praska. Model velikog praska između ostalog predviđa fluktuacije u gustoći materije, u ranoj fazi razvoja svemira, koje su uzrokovale jednu pojavu koju astrofizičari nazivaju barionske akustične oscilacije.

Barionske akustične oscilacije

Akustične pojave odnose se na zvuk, a zvuk je mehanički val, pojava pri kojoj se periodično zgušnjavanje i razrjeđivanje (općenito titranja ili oscilacije) zraka širi kroz prostor. Ali u međuzvjezdanom prostoru nema zraka pa nema ni zvuka, zar ne? Hm... nije baš tako. Medij kroz koji se zvuk širi ne mora biti samo zrak. Svaki medij, ovisno o svojoj gustoći i elastičnosti, može bolje ili lošije prenositi zvuk. U ranoj fazi razvoja svemira svaka početna fluktuacija (malo lokalno odstupanje u gustoći materije) djelovala je kao izvor zvučnog vala. Zgušnjenja i razrjeđenja širila su se kroz prvobitnu materiju i tako oblikovala jezgre oko kojih će krenuti gravitacijsko okupljanje obične (ili barionske) materije, formiranje struktura u svemiru. Tako barionske akustične oscilacije, skraćeno BAO, predstavljaju sjeme struktura na velikoj skali.

DESI potvrđuju standardni model fizičke kozmologije, ali nalazi i nešto novo

Rezultati koje je DESI nedavno objavio predstavljaju samo preliminarne rezultate za prvu godinu opažanja i obuhvaćaju gotovo 10 milijuna galaksija. Već sad je to najopsežnija 3D karta svemira, te vrste, koju imamo. U idućim godinama trebala bi biti proširena na 40 milijuna galaksija, od čega tri milijuna kvazara. Premda nije ni prvi ni zadnji instrument koji potvrđuje predviđanja strukture svemira na velikoj skali, DESI je zasad daleko najprecizniji.

I za kraj, svaki novi instrument obično donosi i neočekivane podatke te otvara neka nova pitanja. U podacima koje je prikupio DESI opaža se malo odstupanje od standardnog modela fizičke kozmologije koje bi se moglo objasniti promjenom kozmološke konstante s vremenom. U standardnom modelu je kozmološka konstanta zaista konstanta, veličina nepromjenjiva u prostoru i vremenu. No načelno, to ne mora biti tako. I Hubbleova konstanta je konstanta samo u ograničenom smislu. Naime, ono što dobijemo mjerenjima, kao omjer brzine udaljavanja galaksije i njezine udaljenosti od nas, i što nazivamo Hubbleovom konstantom H₀, je tek sadašnja vrijednost parametra H(t) koji se mijenja na kozmološkoj skali. Tako bi i „kozmološka konstanta” mogla imati sadašnju vrijednost i poopćiti se na kozmološki parametar Λ(t). To će još potvrditi, ili opovrgnuti, iduće godine opažanja. Ako se potvrdi, znači da ni tamna energija nije uvijek ista. Čak ni ona nije ono što je nekad bila.

Dario Hrupec docent je na Odjelu za fiziku Sveučilišta u Osijeku. Bavi se visokoenergijskom gama-astronomijom. Član je međunarodnih kolaboracija MAGIC i CTA. Autor je niza srednjoškolskih udžbenika iz fizike i tri znanstveno-popularizacijske knjige: "Protiv nadnaravnoga", "Ažurirani svemir" i "Razumljivi svijet".