Vino si tu pe pagina de Facebook pentru o stire de stiinta, explicata simplu, in fiecare zi!
Pagina de Facebook!
În fiecare zi, o nouă fotografie din universul nostru fascinant împreună cu o explicaţie scrisă de către un astronom profesionist: Astronomy Picture Of the Day
   
Fizica Povestita

I
Fizica Povestita

WMAP ne ofera compozitia Universului

Autor: Adrian Buzatu

În 2006 s-a acordat premiul Nobel pentru fizică pentru satelitul Cobe de la NASA care în 1992 a confirmat teoria Big Bangului cu privire la evoluţia Universului. În 2001 a fost lansat satelitul WMAP tot de la NASA care a confirmat rezultatele satelitului Cobe oferind rezultate încă şi mai precise. După cinci ani de colectare de date experimentale, rezultate încă şi mai precise au fost anunţate săptămâna aceasta de echipa de cercetare WMAP. Fotografia aceasta oferită publicului de către NASA şi de echipa WMAP prezintă care este compoziţia de masă şi energie a Universului actual şi a Universului timpuriu, adică de când Universul avea vârsta doar de aproximativ 380.000 de ani, adică acum aproximativ 13.7 miliarde de ani.

Compoziţia de acum a Universului  

Analizând aceste fotografii putem constata câteva lucruri interesante despre Univers. De exemplu, în Universul actual 4.6% reprezintă atomii aşa cum sunt cei din dumneavoastră, din materia vie sau nevie de pe Terra, din stele sau din praful interstelar. Doar 4.6%!

Materia întunecată 

Aproape de cinci ori mai numeroasă este o formă de materie a cărei natură încă nu este cunoscută. Un premiu Nobel este garantat cui v-a reuşi să desluşească secretul materiei întunecate. Este o formă de materie prezentă peste tot în Univers, dar mai ales în jurul galaxiilor, are masă şi prin forţa gravitaţională influenţează modul în care se mişcă galaxiile sau stele în cadrul galaxiilor. De altfel, aşa a şi fost descoperită. I se spune materie întunecată pentru că nu emite lumină ca şi materia obişnuită. Propriu-zis, materia aceasta nu este întunecată, ci invizibilă, căci nu emite lumină şi nici lumina nu se reflectă de ea.

Energia întunecată 

Aşadar, împreună materia obişnuită şi materia întunecată formează doar 27.6% din Universul actual, adică un pic peste un sfert. Ce este restul de trei sferturi? Ei bine, o formă misterioasă de energie ocupă restul de 72% din Univers. Care este natura ei este un mare mister şi un alt premiu Nobel aşteapă cu siguranţă şi pe cel ce va desluşi secretui ei.

Ca să înţelegem mai bine despre ce este vorba, imaginaţi-vă Universul ca un balon. Spaţiul în care ne putem mişca în trei dimensiuni este reprezentat de suprafaţa acestui balon. Cum în afară de spaţiu nu mai există altceva, în analogia noastră tot ce există există pe suprafaţa balonului, iar nimic în interiorul lui şi nimic în afara lui. La începutul Universului, acest balon era foarte mic. Deodată, acest balon a început să se umfle. Acest proces este numit Big Bang, adică faptul că Universul era foarte mic şi apoi a devenit foarte mare. Chiar şi astăzi Universul este în expansiune.

Dar forţa gravitaţională ar atrage toate galaxiile între ele şi ar tinde ca expansiunea aceasta să fie din ce în ce mai înceată. Pentru a înţelege aceasta mai bine, imaginaţi-vă că aruncaţi un măr spre tavan, el merge din ce în ce mai sus (distanţa sa faţă de pământ este în expansiune), dar merge cu viteză din ce în ce mai mică pentru că gravitaţia îl trage în jos. La un moment dat mărul se va opri şi va cădea înapoi pe Pământ. Ei bine, aşa se credea şi despre Univers. Expansiunea balonului este o expansiune frânată, se va opri cândva şi apoi balonul va deveni iaraşi mic. Sfârşitul Universului ar fi astfel un Big Crunch, adică o mare implozie.

Totuşi, cu mare surprindere, rezultatele experimentului Cobe au arătat că Universul nu doar că nu este într-o expansiune frânată, dar este într-o expansiune accelerată! Este ca şi cum mărul nostru ar fi atras de o forţă invizibă spre tavan, iar această forţă ar fi mai puternică decât gravitaţia. Această forţă misterioasă antigravitaţională care face ca Universul să se extindă din ce în ce mai repede nu este alta decât această misterioasă energie întunecată care reprezintă 72% din compoziţia Universului actual.

Compoziţia Universului timpuriu

Privind însă imaginea ce prezintă compoziţia universului "beleluş", de când avea vârsta de aproape 380.000 de ani. Atunci este momentul când s-au format atomii, lumina devenind astfel liberă să circule în spaţiu. (aceasta este momentul când, la propriu, "s-a făcut lumină" în Univers). Lumina aceasta ce mergea în toate direcţiile emisă de electroni şi protoni şi apoi absorbită de aceştia a devenit atunci liberă a se deplasa prin spaţiul devenit pentru prima dată liber odată cu formarea atomilor. Lumina aceasta avea aceeaşi energie şi mergea în toate direcţiile (izotrop). Pe măsură ce Universul se extindea, temperatura sa scădea şi totodată şi temperatura asociată acestei lumini. Astăzi, această lumină ajunge pe Pământ din toate direcţiile din spaţiu şi este numită radiaţia cosmică de fond (cosmic microwave background, sau CMB în engleză). Detectarea experimentală a acestei lumini a reprezentat una din doveziile cele mai puternice în favoarea teoriei Big Bangului pentru evoluţia Universului.

Privind fotografia, realizăm că 15% din Univers era format din particule de lumină (fotoni), în timp ce astăzi aceştia au o contribuţie neglijabilă la compoziţia Universului. Observăm de asemenea că procentul de atomi era de 12% (de mai bine de două ori mai mare decât în prezent). De asemenea 10% din Univers era format din neutrini, particule produse în reacţiile nucleare în care era produs heliu în Universul timpuriu. Neutrinii au o masă foarte mică, dar sunt foarte numeroşi în Univers şi constuie materie deja cunoscută. Vedem însă că materia întunecată era de 63%, de mai bine de două ori mai des întălnită ca astăzi. Se crede că această materie întunecată masivă a fost cea care a grupat mase mari de hidrogen în nori, ducând la presiuni şi temperaturi ridicate, care au dat naştere primelor stele, la aproape 700 de milioane după Big Bang. Tot în diagramă vedem că nu era deloc energie întunecată când Universul era doar un "bebeluş".

Cum va sfârşi Universul?

De mii de ani, omenirea s-a întrebat de unde venim şi încotro ne ducem. În ultimii 20 de ani, odată cu sateliţii Cobe şi WMAP (şi alte experimente), cosmologia a ieşit din sfera filosofiei sau teologiei, devenind o ştiinţă adevărată, în care teorii sunt verificate de dovezi experimentale. Imaginea aceasta despre Univers este perfectibilă, măsurători şi mai precise vor ajusta unii termeni sau unele concepte, dar ne aflăm pe drumul cel bun şi încă şi mai aproape de cunoaşterea Universului. Universul a început acum 13.7 plus sau minus 0.2 miliarde de ani! Suntem cea mai norocoasă generaţie, prima din istoria umanităţii să avem acces la acest răspuns căutat de mii de ani de fiecare om în parte.

Cât priveşte întrebarea unde ne ducem, cosmologia oferă răspunsul ei (la teoria şi datele experimentale curente) despre sfârşitul Universului. Cum Universul este într-o expansiune accelerată, stelele se vor îndepărta de noi din ce în ce mai mult, urmând ca peste aproximativ 150 de miliarde de ani cerul nostru să fie negru, cu excepţia galaxiilor din grupul nostru local de galaxii. Celelalte galaxii vor fi prea departe pentru a putea fi observate experimental. Pe măsură ce Universul se va extinde şi mai mult se va răci atât de mult încât totul va îngheţa şi toată materia va fi nemişcată. Astfel viaţa de pe Pământ va muri. A se compara aceşti 150 de miliarde de ani cu vârsta Universului de acum, de 13.7 miliarde de ani, şi cu faptul că peste cam 7 miliarde de ani Soarele nostru îşi va termina combustibilul nuclear şi atunci va ucide viaţa de pe Terra.

PLANCK, urmaşul lui Cobe şi WMAP

Sateliţii Cobe şi WMAP au făcut din cosmologie o ştiinţă adevarată. Satelitul WMAP încă colectează date şi ne ajută să înţelegem Universul tot mai bine. Ambii sateliţi sunt americani, lansaţi şi operaţi de NASA. A treia generaţie de satelit din această categorie va fi lansat de Europa, prin Agenţia Spaţială Europeană, în toamna anului acestuia. Satelitul PLANCK va fi încă şi mai precis şi va oferi mărimile de mai sus (dar şi alte mărimi) cu o precizie încă şi mai mare şi vom înţelege Universul încă şi mai bine.

Abonează-te la newletter:

Caută în site



Formular de contact

Advertisment ad adsense adlogger