Pochodzenie galaktyk

Jeżelibyśmy postępowali zgodnie z programem badań, to dla zrozumienia granicy ich możliwości powinniśmy rozważyć również pochodzenie wszechświata. Problem ten interesuje nie tylko astronomów, ale także nas wszystkich, i w szerokich granicach różnicuje poglądy na ten te­mat. Astronomowie każdego roku dokonują nowych, ważnych odkryć. Na przykład odkryto nie znane dotąd typy ciał niebieskich, jak kwazary i pulsary. Dlatego też prawdopodobnie poglądy na wszechświat ulegną w przyszłości wielkiej zmianie. Możliwe, że oznaki porządku naturalnego, których jeszcze nie jesteśmy w stanie dostrzec, doprowadzą w przyszło­ści do zrewolucjonizowania całej wiedzy, i to w takim stopniu, że przy­szłe pokolenia może będą uważać, iż nasze myślenie musiało być skrajnie prymitywne, skoro nie potrafiliśmy właściwie ocenić podstawowych praw kosmosu. ?Wszechświat jest ogromny, niezwykły i nieosiągalny; środki techniczne człowieka i jego intelekt są bardzo ograniczone i krót­kotrwałe. Dyskusja o ewolucji gwiazd lub galaktyk jest wielkim i trud­nym zadaniem, które stało się jeszcze trudniejsze na skutek braku astronomicznej treści w tak powszechnie używanych wyrazach, jak hi­storia, ewolucja, narodziny, życie i śmierć atomów i gwiazd” (Greenstein, 1964).

Współczesna kosmologia zakłada, że rozmieszczenie materii we wszech­świecie jest statystycznie jednorodne dla ?wystarczająco dużej próby”, ale galaktyki tworzą miejscowe skupienia. Wszechświat nie ma środka ani osi. Linie spektralne odległych galaktyk wykazują przesunięcie w kie­runku części czerwonej widma. Przesunięcie to, jak się przypuszcza, jest efektem (uzyskanym przez Dopplera) spowodowanym tym, że wszystkie te galaktyki oddalają się od siebie. Na podstawie takich faktów Einstein i de Sitter zaproponowali model wszechświata jako rozprężającą się ma­terię z nieskończenie zagęszczonego stanu. Według Friedmanna, gdy roz­prężanie materii osiągnie stan maksymalnego rozszerzenia i minimalnej gęstości, następuje kurczenie się, które przywraca materię do pierwotne­go stanu. Następnie cykl powtarza się. Oczywiście ?wiek wszechświata” byłby mierzony wtedy czasem od chwili, gdy zaczęło się ostatnie rozprę­żanie. Interesujące jest, że wyniki sugerują w przybliżeniu podobny wiek Ziemi, meteorytów i gromad gwiazd, mianowicie około 1010 lat.

Być może jest to wiek bieżącej fazy rozprężania tego zdumiewającego cyklu. Materia jest oczywiście bardzo skomplikowana. Istnieją również inne wersje stanu kosmologicznej równowagi, według których nowe ga­laktyki są nieustannie tworzone przez nowo powstającą materię.

Ostatnie pomiary intensywności promieniowania kosmicznego ciał do­skonale czarnych, odkrytych w 1965 roku, dostarczają dalszych dowo­dów, że wszechświat jest tworem raczej rozwijającym się niż stałym. Rozprężanie wszechświata jest jednakowe we wszystkich kierunkach, co potwierdzałoby fakt, że wszechświat jest jednorodny (izotropowy). Jest to duża osobliwość w jego przestrzennym czasie powstania. Począ­tek rozprężania miał charakter bardzo gwałtowny (Gamow). Fizyka nie ma ?wyjaśnienia” dla tak osobliwego przypadku. Sugeruje się, że w cza­sie początkowych 100 sekund panowała niezwykle wysoka temperatura (około 109°K), w której były ?wyprodukowane” pierwotne nukleony. Zachodziła w tym czasie kondensacja termonuklearna, w czasie której powstał hel.

Współczesna fizyka i astronomia już nieco poznały późniejsze proce­sy powstawania cięższych pierwiastków. Gwiazdy powstające na ?ciągu głównym” przechodziły przez szereg faz i zanikały. Prawdopodobnie one pierwsze różniły się od chmur wodoru, w których rozwijała się pewna niejednorodność, powodując wytwarzanie się sił grawitacyjnych, prowadzących do kurczenia się materii. Na skutek momentu kątowego oraz natężenia pola magnetycznego wytwarzają się olbrzymie ilości cie­pła i intensywnie wzrasta temperatura aż do zapoczątkowania reakcji jądrowych i spalenia wodoru oraz powstają duże ilości helu (4He), węgla (12C), tlenu (160) i neonu (20Ne). Następnie w wyższych temperaturach powstają jeszcze cięższe pierwiastki. W temperaturze około 5 ? 108°K następuje katastrofalne grawitacyjne skurczenie się i gwiazda najpierw imploduje, a potem eksploduje jako jasna (błyszcząca) gwiazda super­nowa. Jeżeli natomiast nie ma eksplozji, gwiazda spala się, staje się czerwonym olbrzymem, którego wzrost stopniowo słabnie. Ostateczny los czerwonego olbrzyma jest nieznany, lecz prawdopodobnie kurczy się on do formy białej karłowatej gwiazdy, która ulega oziębianiu w ciągu bardzo długiego czasu. W ostatnio odkrytych pulsarach, rytmicznie emi­tujących promienie o sekundowych okresach frakcji, grawitacyjne kur­czenie się jest uważane za proces prowadzący tak daleko, że elektrony mają wystarczającą energię dla odwrotnej beta reakcji:

elektron + proton neutron + neutrino.

Reakcja ta uważana jest za jedną z ważniejszych. Elektrony znikają, a protony ulegają przemianie do neutronów. Łącznie z zanikiem ciśnie­nia kinetycznego elektronów zanika siła powstrzymująca dalsze kurcze­nie grawitacyjne. Pulsary są uważane za gwiazdy neutronowe o nie­wiarygodnej wprost gęstości 1014 g/cm3.

Znane są także pewne dowody ewolucji galaktyk. Mają one wiele różnych form, które można sklasyfikować w sposób zgodny z hipotezą ?ewolucji od prawie bezpostaciowych, nieregularnych galaktyk, do bar­dzo otwartych spiral, poprzez stadia, w których ramiona stają się cień­sze, bliższe kołowych i bardziej zwinięte” (Greenstein, 1964). Nie jest jednak jasne, jak te zmiany zaczynają się lub kończą, ani co oznaczają.

Poza tym gwiazdy i galaktyki we wszechświecie są tworami najmniej zrozumiałymi. Radioteleskopy zidentyfikowały tylko w długościach fal radiowych olbrzymie silne skupienie emitujące 1044?1045 ergów/sek. Fo­tografie wykazują, że z niektórymi z nich są połączone niby-gwiezdne od­bicia (kwazary) o bardzo specyficznym widmie, zawierającym wiele ultra­fioletu. Emitują one 100 razy więcej światła niż jakakolwiek galaktyka. Twory te wykazują szerokie przesunięcia linii absorpcyjnych w kierunku czerwonej części widma. Muszą one być bardzo odległe; prawdopodobnie znajdują się w odległości 2 ? 109 lat świetlnych, a zatem prawie na granicy dostrzegalności. Niektóre zmieniają natężenie światła w okresie kilku lat lub krótszym i te muszą być tworami bardzo małymi. Nie wiemy dotych­czas, czym one są oraz jak ich olbrzymie energie są wytwarzane.

Naprawdę jesteśmy ignorantami w kwestii modelu wszechświata. Cią­gle jednak, każdego roku, poszerzamy swoje wiadomości. Teraz przynaj­mniej wiemy, że niektóre części wszechświata ulegają ciągłym zmianom, być może w cyklach ewolucji. Dotychczas nie ujednoliciliśmy poglądu na kolejność wydarzeń we wszechświecie jako całości (jeżeli naprawdę kon­cepcja ta ma jakiekolwiek znaczenie). Nie wiemy, czy wszystkie te wy­darzenia zmierzają w kierunku wzrostu przypadkowości i chaosu, czy też w jakimś sensie istnieje hierarchia układów otwartych w stanie równowagi.

Pragnienie ujednolicenia poglądu na kolejność wydarzeń zmusza nas do postawienia pytania, czy jest jakieś powiązanie pomiędzy prawami rządzącymi zdarzeniami we wszechświecie i na Ziemi, włączając w to nasze własne pochodzenie. Jak wiemy, głównym problemem pochodze­nia życia jest znalezienie źródła porządku, który pozwala na kontynua­cję zachowania stanu równowagi. Sensowne jest zatem pytanie, czy taki porządek może być zaobserwowany we wszechświecie. Jak do tej pory, wyniki badań przeprowadzonych przez fizyków nie są wystarczające i nie pozwalają na sprecyzowanie jasnej odpowiedzi.

Both comments and pings are currently closed.

Comments are closed.