Kosmografija i Veliki atraktor

Odmah se shvatilo da ove galaksije, zajedno sa našim Mlečnim putem i još nekim manjim članovima (na južnoj hemisferi vidljivi Magelanovi oblaci i još par desetina patuljastih galaksija) sačinjavaju Lokalnu grupu, tipičnu malu grupu galaksija, kakvih modernim teleskopom vidimo na milione.

Takođe, veoma brzo je kroz radove samog Habla, Frica Cvikija, Valtera Badea, Harloua Šeplija i drugih astronoma prve polovine 20. veka shvaćena priroda drugih malih grupa galaksija i galaktičkih jata. Međutim, prošlo je više od pola veka pre nego što se shvatilo da postoje i viši nivoi hijerarhijske strukture u kosmosu. Ovo nije čudno, s obzirom da se sve galaksije ipak projektuju na dvodimenzionalnu nebesku sferu i da je “od drveća teško videti šumu”. Tek sa usponom tehnika za izgradnju trodimenzionalnih prostornih mapa vasione van Mlečnog puta, počelo je da se pomalja ogromno bogatstvo ovakvih struktura.

Pionir ove ideje bio je veliki francusko-američki astronom Žerar de Vokuler, koji je još 1953. godine sugerisao da je Lokalna grupa delić daleko većeg sistema koji je nazvao supergalaksijom. Više od dve decenije ova ideja bila je uglavnom izložena podsmehu. Definitivna posmatračka potvrda postojanja superjata došla je tek oko 1975. godine. Američki astronomi Kinkarini i Rud sa Univerziteta u Oklahomi, pokazali su tada da su pojedine galaksije povezane sa jatom Koma do udaljenosti od čak 32 megaparseka (miliona parseka, Mpc) – što je par desetina puta veće od karakteristične veličine Lokalne grupe!

Takođe, ova udaljenost je za čitav red veličine veća od najvelikodušnije procene veličine samog džinovskog galaktičkog jata Koma, što ukazuje na potpuno novi red i vrstu strukture, koja se umnogome poklapa sa de Vokulerovim ranim predviđanjima. Ovakva struktura koja pored jednog ili više džinovskih galaktičkih jata obuhvata i ogroman broj malih grupa galaksija (poput Lokalne grupe), kao i ogroman, teško odredljiv broj slobodnih galaksija polja, (engl. field galaxies) dobila je naziv galaktičko superjato. Pored Lokalnog superjata, jedno od prvih otkrivenih bilo je Cvikijevo superjato u Herkulu (spaja bogata galaktička jata A2147, A2151, A2152 i nešto udaljenije jato A2199). Još jedno obližnje – u terminima vangalaktičke astronomije – superjato prostire se u sazvežđima Perseja, Riba i Pegaza. Svako superjato sadrži na milione, pa i desetine miliona galaksija.

Nova knjiga M. Æirkoviæa

Šta se nalazi između superjata? Kinkarini i Rud su 1979. godine prvi upotrebili reč “praznina” (engl. void), inače poteklu od anonimnog pojedinca sa Univerziteta Oklahome, kao sinonim za “oblast lišenu galaksija”. Ono što zapažamo je, dakle, svojevrsna saćasta struktura, u kojoj su vrhovi raspodele gustine galaksija raspoređeni po zidovima saća, unutar kojih se nalaze praznine. Jedna od takvih ravnih struktura je i “Veliki zid” galaksija koji su 1989. godine otkrili Margaret Geler i Džon Hakra, čije su dve dimenzije oko 100 Mpc, dok mu je debljina “svega” oko 5 Mpc.

S obzirom da se mi nalazimo u Lokalnom superjatu i s obzirom na saćastu strukturu na velikoj skali, jasno je da se otkriće svakog pojedinačnog superjata u našoj neposrednoj kosmografskoj okolini povezuje i sa otkrićem praznine (ili pojedinačnih delova jedne veće praznine!) koje se nalaze između nas i dotičnog superjata. Drugim rečima, “ljuske superjata” okružuju praznine, nalik na šuplje lopte, recimo teniske loptice naslagane u velikoj kutiji. Upravo u tom smislu se i govori o prazninama u Berenikinoj kosi ili Herkulu – to su praznine koje razdvajaju Lokalno superjato od superjata koje se vide u pomenutim sazvežđima.

U sazvežđu Volara (Boötes) nalazi se verovatno najimpresivnija praznina koju je 1981. godine otkrio Kiršner sa saradnicima na srednjoj udaljenosti od oko 200 Mpc. Ova praznina ima poluprečnik od gotovo 60 Mpc! Do sada u njoj nisu otkrivene ni galaksije ni vodonični gas. Boötes praznina predstavlja predmet intenzivnog daljeg proučavanja, posebno s obzirom na hipotetičku mogućnost da se po rubovima ove praznine nalaze brojne tamne galaksije niskog površinskog sjaja. Nedavno je (2003. godine) slična struktura otkrivena u pravcu sazvežđa Jarca.

Samo postojanje ovako velikih struktura nas navodi na pitanje kako one evoluiraju pod dejstvom vlastite gravitacione sile (svakako ogromne, čak i ako često nismo u stanju da je direktno merimo). Kosmolozi su od Ajnštajnovog doba navikli da pojednostavljuju stvari pretpostavljajući da je svemir na veoma velikim prostornim skalama savršeno homogen i izotropan, tj. da okolina svakog posmatrača izgleda u proseku isto, kao i da ma u kom pravcu na nebu gledali, videćemo u srednjem istu sliku. Ova pomoćna hipoteza dobila je čak i pomalo pompezan naziv kosmološki princip.

Kosmološki princip

Da kosmološki princip nije savršeno tačan uverava nas samo očigledno postojanje galaksija i drugih oblika strukture (da planete, atmosferu i druge stvari neophodne za naše postojanje i ne pominjem). Sa stanovišta posmatračke astronomije, sve te lokalne nehomogenosti (galaksije, male grupe, jata, superjata, struktura na velikoj skali) su nesporne činjenice koje ograničavaju primenljivost kosmološkog principa. Sa druge strane, prihvatanje nehomogenosti nas vodi u teorijske nevolje: naime, ukoliko one postoje, onda bi oblasti visoke gustine materije trebalo da privlače galaksije iz manje gustih oblasti. Ono što bi se stoga dešavalo jeste da bi galaksije težile da “padaju” ka oblastima visoke gustine (po pretpostavci, masivnim jatima i superjatima galaksija), te bi tokom tog “padanja” sticale značajne sopstvene brzine, dakle lokalna kretanja koja nemaju nikakve veze sa opštim širenjem svemira koje je otkrio Habl. Gde su te sopstvene brzine?

Dugo vremena je nepostojanje sopstvenih brzina galaksija bilo neosporna dogma među astronomima. Prvobitni argument za tu dogmu bila je neumitnost sistematskog kretanja, odnosno Hablovog širenja svemira: verovalo se da, čak i kad bi se u nekom trenutku i pojavila značajna sopstvena kretanja, ona bila vrlo brzo prigušena i “razvodnjena” opštim Hablovim širenjem svemira. Zamislimo da smo na sredini neke velike i moćne reke pustili u slučajno izabranim pravcima brodiće-igračke i saopštili im slučajne brzine. Kakogod to učinili, kad nakon izvesnog vremena (recimo par minuta) pogledamo na ceo sistem, videćemo da su sopstvene brzine brodića iščezle i da se svi ili gotovo svi kreću na samo jedan način – sistematski, sa rekom. Verovanje koje je dominiralo od otkrića galaksija do kraja 1970-tih godina bilo je da Hablov tok širenja svemira čini upravo to isto sa sopstvenim brzinama galaksija.

Alen Sendidž, veliki posmatrački astronom 20. veka i učenik samog Habla, dodao je još jedan argument u prilog dogmi: odsustvo značajnijeg broja plavih pomaka. Kad bi, rasuđivao je on, postojala značajna sopstvena kretanja galaksija, onda bismo primećivali daleko veći broj galaksija sa plavim pomakom spektralnih linija – koje nam se približavaju – nego što je to slučaj. U stvarnosti, svega nekoliko najbližih galaksija (među kojima je najpoznatija M31 u Andromedi) pokazuje plavi pomak u svojim spektrima.

Vera Rubin

Prva osoba koja je bacila sumnju na dogmu bila je Vera Rubin (rođena 1928.), jedna od najuticajnijih savremenih astronomkinja. Još u svojim studentskim danima, tokom 1950-tih godina (da bi se stvari stavile u adekvatan kontekst treba napomenuti da Rubinova nije bila primljena na studije na Prinstonskom univerzitetu samo zato što ova ugledna institucija nije upisivala žene na postdiplomske programe sve do 1975. godine!), ona je izrazila sumnju u konsenzualno ignorisanje same mogućnosti postojanja značajnih sopstvenih brzina galaksija. Sredinom 1970-tih godina, kao već iskusan istraživač u Karnedžijevoj instituciji u Vašingtonu, ona je zajedno sa kolegom Kentom Fordom, pokušala prvi put da pronađe skup spiralnih galaksija koje bi bile dovoljno simetrično raspoređene oko Mlečnog puta, da bi definisale koordinatni sistem u kome bi se moglo izmeriti naše sopstveno kretanje.

Rubinova i Ford su dobili prilično šokantan rezultat: njihova posmatranja ukazala su na veliku sopstvenu brzinu Lokalne grupe od oko 500 km u sekundi u odnosu na tako izabrani koordinatni sistem vezan za skup galaksija! Ova brzina daleko je veća od, recimo, brzine kretanja Zemlje oko Sunca (30 km u sek.) ili brzine kretanja Sunčevog sistema oko centra Mlečnog puta (oko 240 km u sek.). Međutim, ne samo da je njihova metodologija bila veoma složena, rezultat nepouzdan i suprotan “prihvaćenoj mudrosti”, već se ubrzo nakon objavljivanja od tada nazvanog Rubin-Fordovog efekta pojavila druga studija koja je ovaj rezultat bacila u još nepovoljnije svetlo.

Otkriće kosmičkog mikrotalasnog pozadinskog zračenja, tog slabašnog relikta Velikog praska, 1965. godine, pružilo je mogućnost da se, isprva bar u principu, definitivno odredi vektor brzine Lokalne grupe u odnosu na univerzalni referentni sistem. Nasuprot srednješkolskom poimanju relativnosti, nema ničeg istinski spornog u činjenici da postoji jedan jedini “privilegovani” koordinatni sistem u kome je temperatura kosmičke mikrotalasne pozadine ista u svim smerovima. Ako trčite kroz vertikalnu kišu (bez vetra), više ćete pokisnuti spreda nego otpozadi; drugim rečima, u količini vlage koju će vaša odeća i telo apsorbovati pojaviće se anizotropija.

Ukoliko biste bili u stanju da izmerite precizno koliko ste više pokisli spreda nego otpozadi mogli biste, u principu, da izračunate brzinu svog trčanja. Ovo isto se može primeniti na more fotona mikrotalasnog pozadinskog zračenja koje se ponaša upravo kao jedna sveobuhvatna vaseljenska kiša. Krajem 1970-tih godina, astronomski svet je uzburkala vest da su prinstonski astrofizičar Dejvid Vilkinson i saradnici pomoću balonskih eksperimenata sa merenjem temperature mikrotalasne pozadine, otkrili značajno kretanje naše galaksije u odnosu na taj referentni sistem.

Ova, tzv. dipolna anizotropija, ukazuje na veliko sopstveno kretanje Lokalne grupe od oko 600 km u sekundi u pravcu sazvežđa Hidre. Međutim, nekoliko je razloga zbog kojih ni ovi prvi dokazi u prilog postojanja velikih sopstvenih brzina nisu odmah uzeti u obzir sa svim svojim revolucionarnim posledicama. Pre svega, merenja su bila prilično neprecizna, a radilo se o veoma malom efektu (mikrotalasno nebo je toplije u smeru kretanja Lokalne grupe, a hladnije u suprotnom smeru za svega nekoliko hiljaditih delova kelvina!).

Drugo, većina astronoma koja je u to vreme i dalje pripadala “konvencionalnoj” optičkoj astronomiji nije dovoljno dobro razumela i cenila značaj kosmičke mikrotalasne pozadine i efekata vezanih za nju (što se značajno promenilo tek u 1990-tim godinama, nakon misije COBE).

Treće, mada je veličina samog efekta potvrđivala osnovnu ideju “jeretičkog” rada Rubinove i Forda, ovo je palo u senku činjenice da su pravac i smer sopstvene brzine u ove dve studije gotovo suprotni! Konačno, empirijsko otkriće sopstvenog kretanja smatralo se nedovoljnim, ne samo zato što se nije video uzrok tako velikog i neočekivanog efekta, već i zbog toga što merenja anizotropije nisu mogla pružiti odgovor na Hablov i Sendidžov protivargument.

Sada se na sceni pojavljuje jedna od najzanimljivijih kolaboracija u istoriji nauke. Tokom 1980-tih godina neobična grupa američkih, britanskih i argentinskih astronoma pod rukovodstvom Sandre Faber, poznatih kao “Sedam samuraja” (abecednim redom Dejvid Berstajn, Rodžer Dejvis, Alen Dresler, Sandra Faber, Donald Linden-Bel, Roberto Terlevič i Geri Vegner), su pronašli da su galaksije veoma neravnomerno raspoređene u prostoru sa galaktičkim superjatima razdvojenim ogromnim prazninama bez vidljive materije. Ovo je bila prava mini-revolucija, s obzirom da je odstupanje od kosmološkog principa na skali iznad galaksija po prvi put bilo kvantitativno izmereno, potvrđujući intuicije Vere Rubin i Žerara de Vokulera.

Proučavajući kretanje oko 400 eliptičnih galaksija, ova grupa je 1986. godine zaključila da se čitava okolina naše galaksije kreće pod uticajem dominantne koncentracije materije koja se nalazi u pravcu sazvežđa Kentaur. Ovu koncentraciju su nazvali Velikim atraktorom, mada nismo u stanju direktno da je vidimo, s obzirom da se nalazi u “Zoni izbegavanja”. Inače, ova grupa astronoma dobila je šaljivi nadimak na sastanku Američkog astronomskog društva 1986. godine na ostrvu Oahu na Havajima, a po slavnom filmu Akira Kurosave “Sedam samuraja” iz 1954. godine. Nešto od simbolike Kurosavinog remek-dela u kome samuraji, suočeni sa daleko mnogobrojnim protivnikom, nisu ustuknuli ni za korak moglo se naći u žestokim raspravama koje su rezultati Faberove i saradnika izazvali.

Sedam samuraja

Mada ne možemo ovde ulaziti u detalje, treba napomenuti da su posmatrački i tehnički izazovi sa kojima se suočavalo “Sedam samuraja” bili ogromni. Sva vangalaktička posmatranja su i danas teška, čak i nakon revolucije koju su unele CCD kamere i drugi kvantni detektori; pre četvrt veka, kada su fotografske ploče još uvek bile dominantan medij za beleženje astronomskih podataka, stvari su stajale daleko teže. Dalji izvori teškoća proizlazili su iz prirode samog programa: tražiti objekte koji su međusobno što sličniji i što simetričnije raspoređeni u realnom svemiru je nalik traganju za dve iste stabljike u žitnom polju: ima mnogo sličnosti, ali i mnogo razlika, pa nije jasno gde valja “povući crtu”.

Tome treba dodati i prisustvo brojnih selekcionih efekata, različite posmatračke uslove u različitim fazama projekta, a kao što svedoči i jedan od učesnika, Alen Dresler, u svojoj popularnoj knjizi “Putovanje ka Velikom atraktoru”, sam tim istraživača je bio ophrvan gomilom međuljudskih problema, od ličnih rivalstava astronoma (uobičajeno) do hipohondrije, političkih razmirica, i živopisnih psihičkih teškoća (neuobičajeno).

Rad “Sedam samuraja” uspešno je povezao rezultate merenja mikrotalasnog pozadinskog zračenja, sa razmišljanjima “disidenata” kakvi su bili Rubinova i de Vokuler, i sve to integrisao u glavni tok savremene astronomije. Istovremeno, u skladu sa savremenim epistemološkim normama, ovaj rad pružio je odgovor na sve protivargumente, naročito one Habla i Sendidža. Sopstveno kretanje galaksija i grupa galaksije nije se rasulo i raspršilo zbog sistematskog Hablovog širenja upravo zato što je ono indukovano pojavljivanjem veoma velikih struktura, kakav je Veliki atraktor, a te strukture su se na sceni pojavile relativno kasno u dosadašnjoj istoriji svemira.

Uprošćeno govoreći, sopstvena kretanja su noviji fenomen, koji tek sad “dolazi do izražaja”, a ne posledica nekakvih početnih uslova. Sendidžov protivargument se lako objašnjava kada se razume da sopstvena kretanja, premda nesistematska, nisu istovremeno i slučajna (= nekorelisana).

Da su ona slučajna, onda bismo doista videli mnogo plavih pomaka. Ali, sve galaksije na malim i srednjim udaljenostima se kreću na relativno sličan način, strujeći ka regionima najveće gustine, gde se nalaze najmasivnije strukture koje dominiraju okolnim svemirom, i upravo zbog te korelacije (kretanja obližnih galaksija “zajedno sa nama”), broj plavih pomaka se drastično smanjuje.

Ovde treba dodati da se Mlečni put i Lokalna grupa ne nalaze blizu nekog od tih najmasivnijih regiona ka kojima padamo – jer oni posmatrači koji se tamo nalaze doista i vide značajan broj plavih pomaka! Drugim rečima, moramo otići mnogo, mnogo dalje nego što smo u prvi mah očekivali, da bismo doista potvrdili kosmološki princip i videli svemir “kakav on odista jeste”.