Misterele universului: 10 lucruri incredibile explicate de știință
Cu cât aflăm mai multe despre cosmos, cu atât apar întrebări noi. Putem observa galaxii aflate la miliarde de ani-lumină, putem analiza atmosferele unor planete care orbitează alte stele și putem fotografia materia din apropierea găurilor negre. Și totuși, o mare parte din Univers rămâne necunoscută.
Misterele universului nu sunt doar povești spectaculoase despre spațiu. Unele dintre ele se află chiar în centrul fizicii moderne: nu știm ce este materia întunecată, nu cunoaștem natura energiei întunecate și încă încercăm să înțelegem cum s-a comportat Universul în primele sale momente.
Mai jos găsești 10 lucruri fascinante despre spațiu, dar cu o diferență importantă față de multe liste de curiozități: separăm ceea ce știm cu destulă siguranță de ceea ce rămâne încă ipoteză.
1. Universul nu pare să aibă un centru al expansiunii
Big Bang-ul este imaginat uneori ca o explozie uriașă care a pornit dintr-un punct aflat undeva într-un spațiu gol. Această imagine este înșelătoare.
În cosmologia modernă, nu vorbim despre materie care a explodat dintr-un punct central într-un spațiu deja existent, ci despre expansiunea spațiului însuși.
La scară cosmică, galaxiile foarte îndepărtate tind să se îndepărteze unele de altele pe măsură ce Universul se extinde. Din acest motiv, nu există un loc cunoscut pe care să îl putem indica și spune: „aici se află centrul Universului”.
Asta nu înseamnă însă că știm sigur dacă întregul Univers este infinit. Observăm doar o regiune finită – Universul observabil – limitată de distanța pe care lumina a avut timp să o parcurgă până la noi de la începutul evoluției cosmice.
2. Putem vedea doar o parte din Univers
Vârsta Universului este estimată la aproximativ 13,8 miliarde de ani, însă diametrul Universului observabil este mult mai mare decât 27,6 miliarde de ani-lumină.
Motivul este expansiunea spațiului. În timp ce lumina obiectelor foarte îndepărtate călătorea spre noi, spațiul dintre noi și acele regiuni a continuat să se extindă.
De aceea, diametrul actual al Universului observabil este estimat la aproximativ 93 de miliarde de ani-lumină.
Dincolo de această limită ar putea exista mult mai mult Univers. Nu putem însă vedea acele regiuni în prezent, iar dimensiunea întregului cosmos nu este cunoscută.
3. Numărul galaxiilor este enorm, dar nu îl cunoaștem exact
Imaginile obținute de Hubble și James Webb arată câmpuri aparent mici ale cerului populate de mii de galaxii.
Astronomii estimează că Universul observabil conține cel puțin sute de miliarde de galaxii. Unele analize bazate pe extrapolarea populațiilor foarte slabe au sugerat valori chiar mai mari, dar numărul exact depinde de ceea ce considerăm galaxie și de cât de multe sisteme foarte slabe nu pot fi observate direct.
Din acest motiv, afirmația populară potrivit căreia „știm că există exact două trilioane de galaxii” este prea categorică.
Cert este însă că numai Calea Lactee conține sute de miliarde de stele, iar observațiile exoplanetelor sugerează că planetele sunt extrem de comune.
Asta înseamnă că numărul lumilor din cosmos este greu de imaginat – chiar dacă nu putem calcula astăzi o valoare exactă.
4. O gaură neagră nu este un aspirator cosmic
Găurile negre au una dintre cele mai puternice reputații din astronomie: obiecte care „înghit tot ce există în jur”. Realitatea este mai subtilă.
Gravitația unei găuri negre, privită de la distanță, se comportă în funcție de masa sa la fel ca gravitația oricărui alt obiect cu aceeași masă.
Dacă, într-un experiment imaginar, Soarele ar putea fi înlocuit instantaneu cu o gaură neagră de aceeași masă, orbita Pământului nu ar dispărea pur și simplu. Planeta ar continua să fie atrasă gravitațional de aceeași masă.
Diferența dramatică apare atunci când materia ajunge foarte aproape de gaura neagră. Dincolo de orizontul evenimentelor, viteza necesară pentru a scăpa ar depăși viteza luminii. De aceea, nici lumina nu mai poate reveni către exterior.
5. Când privim stelele, privim în trecut
Lumina nu se deplasează instantaneu. Viteza ei în vid este de aproximativ 300.000 de kilometri pe secundă.
Chiar și la această viteză enormă, distanțele cosmice sunt atât de mari încât informația ajunge la noi cu întârziere.
- Lumina Lunii ajunge la Pământ în aproximativ 1,3 secunde.
- Lumina Soarelui are nevoie de aproximativ 8 minute și 20 de secunde.
- Vega se află la aproximativ 25 de ani-lumină.
- Galaxia Andromeda este văzută așa cum era în urmă cu aproximativ 2,5 milioane de ani.
Telescoapele care observă galaxii extrem de îndepărtate funcționează astfel și ca niște mașini ale timpului: detectează lumină emisă atunci când Universul era mult mai tânăr.
Nu călătorim fizic în trecut, dar putem privi trecutul cosmic.
6. Există planete care nu orbitează nicio stea
Nu toate planetele sunt legate de un sistem asemănător Sistemului Solar.
Astronomii au identificat candidați numiți planete rătăcitoare sau rogue planets, care se deplasează prin spațiul interstelar fără să orbiteze o stea gazdă.
Unele s-ar fi putut forma în jurul unei stele și apoi să fie aruncate în spațiul interstelar în urma interacțiunilor gravitaționale cu alte planete sau stele. Alte scenarii de formare sunt încă cercetate.
Detectarea lor este dificilă tocmai pentru că nu sunt iluminate permanent de o stea apropiată.
Numărul lor real în galaxie nu este cunoscut cu precizie și ar putea fi foarte mare. Aceste lumi întunecate sunt unul dintre exemplele perfecte pentru cât de mult poate exista în cosmos fără să fie ușor de observat direct.
7. Pe Venus, rotația durează mai mult decât un an venusian
Venus este una dintre cele mai bizare planete ale Sistemului Solar.
Planeta are nevoie de aproximativ 243 de zile terestre pentru o rotație completă în jurul propriei axe, dar finalizează o orbită în jurul Soarelui în aproximativ 225 de zile terestre.
Prin urmare, perioada sa de rotație este mai lungă decât anul venusian.
Venus se rotește și în sens opus față de majoritatea planetelor Sistemului Solar. Dacă ai putea sta pe suprafață și vedea Soarele prin atmosfera extrem de densă, acesta ar părea să se deplaseze pe cer în direcția opusă celei cu care suntem obișnuiți pe Pământ.
Există însă o nuanță interesantă: o „zi solară” pe Venus – intervalul dintre două amiezi consecutive – este de aproximativ 117 zile terestre, deoarece planeta se rotește în timp ce se deplasează și pe orbită.
8. Stelele pot avea „cutremure” și oscilații pe care astronomii le studiază
Afirmația populară că „stelele cântă” are o bază reală, dar nu înseamnă că sunetul lor călătorește prin vid până la noi.
Stelele pot oscila. În interiorul lor se propagă unde de presiune care produc modificări foarte mici ale luminozității și suprafeței.
Astronomii pot măsura aceste oscilații și le pot transforma în frecvențe pe care oamenii le pot asculta.
Domeniul care studiază asemenea oscilații se numește asteroseismologie.
Este asemănător, în principiu, cu modul în care seismologii folosesc undele produse de cutremure pentru a afla ce se află în interiorul Pământului. Analizând oscilațiile unei stele, astronomii pot obține informații despre structura sa internă, densitate, masă și vârstă.
Sunetul propriu-zis nu traversează însă spațiul dintre stea și Pământ, deoarece undele sonore au nevoie de un mediu prin care să se propage.
9. Tot ceea ce vedem reprezintă doar aproximativ 5% din Univers
Aceasta este probabil una dintre cele mai tulburătoare dintre toate misterele universului.
Materia obișnuită – atomii din care sunt formate stelele, planetele, oamenii și practic toate obiectele pe care le putem atinge – reprezintă numai aproximativ 5% din conținutul total de materie și energie al Universului.
Modelul cosmologic actual indică aproximativ:
- 5% materie obișnuită;
- 25% materie întunecată;
- 70% energie întunecată.
Valorile sunt aproximative, dar concluzia este remarcabilă: peste 95% din cosmos este asociat cu două componente a căror natură fundamentală nu o înțelegem încă. Agenția Spațială Europeană descrie în mod similar Universul ca fiind dominat de materie și energie întunecată.
Ce este materia întunecată?
Materia întunecată nu emite și nu reflectă lumină într-un mod care să o facă direct vizibilă cu telescoapele obișnuite.
Știm că trebuie să existe ceva suplimentar deoarece efectele gravitaționale observate în galaxii, roiuri de galaxii și la scară cosmologică nu pot fi explicate doar prin materia vizibilă.
Natura particulelor care ar alcătui materia întunecată rămâne însă necunoscută.
Ce este energia întunecată?
Energia întunecată este numele dat componentei folosite în modelul cosmologic pentru a explica expansiunea accelerată a Universului.
Observațiile supernovelor îndepărtate din anii 1990 au oferit dovezi că expansiunea cosmică nu încetinește așa cum se presupunea, ci accelerează. ESA estimează că energia întunecată reprezintă aproximativ 70% din bugetul cosmic.
Ce este ea în realitate rămâne una dintre marile întrebări ale fizicii.
10. Expansiunea Universului accelerează
Universul se extinde de miliarde de ani, dar una dintre cele mai mari surprize ale cosmologiei moderne a fost descoperirea faptului că această expansiune este accelerată.
La scară foarte mare, spațiul dintre grupurile de galaxii nelegate gravitațional se mărește.
Asta nu înseamnă că absolut totul se dilată. Sistemul Solar nu se mărește odată cu Universul, iar Pământul nu se îndepărtează treptat de Soare din cauza expansiunii cosmice. La aceste scări, gravitația și alte forțe mențin sistemele legate.
Expansiunea devine dominantă la distanțe cosmologice enorme.
Cauza accelerației este atribuită în modelul actual energiei întunecate, însă natura acesteia nu este cunoscută. Tocmai de aceea misiuni precum Euclid încearcă să studieze distribuția materiei și evoluția expansiunii cosmice pentru a înțelege mai bine „Universul întunecat”.
Dar „planeta din diamant” 55 Cancri e?
55 Cancri e apare frecvent în listele de curiozități drept o planetă uriașă făcută din diamant.
Ipoteza a pornit din modele mai vechi privind compoziția bogată în carbon a sistemului. NASA a prezentat în trecut această posibilitate, însă datele acumulate ulterior au schimbat imaginea planetei. /p>
În prezent, NASA descrie 55 Cancri e drept o super-Terra extrem de fierbinte, cu o rază de aproximativ 1,9 ori cea a Pământului și o orbită completă în numai aproximativ 17–18 ore. Datele actuale sugerează o lume dominată de temperaturi extreme și rocă topită, iar observațiile Webb indică posibilitatea existenței unei atmosfere secundare.
Prin urmare, afirmația că „55 Cancri e este făcută în mare parte din diamant” nu ar trebui prezentată astăzi drept fapt confirmat.
Este un exemplu foarte bun despre cum funcționează știința: o explicație spectaculoasă poate fi revizuită atunci când apar observații mai bune.
Ce mister al Universului este cel mai mare?
Este greu de ales unul singur. Câteva întrebări fundamentale rămân deschise:
- Ce este materia întunecată?
- Ce este energia întunecată?
- Ce s-a întâmplat în primele fracțiuni de secundă după Big Bang?
- Universul este finit sau infinit?
- Există alte regiuni ale cosmosului dincolo de ceea ce vom putea observa vreodată?
- Cum pot fi reconciliate gravitația și mecanica cuantică într-o singură teorie?
- Există viață în altă parte a Universului?
Acestea nu sunt întrebări obscure aflate la marginea astronomiei. Unele reprezintă exact problemele la care încearcă să răspundă cele mai mari telescoape, acceleratoare de particule și misiuni spațiale ale prezentului.
Există viață pe alte planete?
În prezent, nu avem o dovadă confirmată a existenței vieții extraterestre.
Am descoperit însă mii de exoplanete și știm că sistemele planetare sunt comune. Unele lumi se află în zone în care temperaturile ar putea permite, în anumite condiții, existența apei lichide.
Asta nu înseamnă automat că sunt locuibile și cu atât mai puțin că sunt locuite.
Cercetătorii încearcă să caracterizeze atmosferele exoplanetelor și continuă să studieze Marte, lunile înghețate ale planetelor gigant și alte medii în care ar putea exista condiții favorabile chimiei asociate vieții.
Întrebări frecvente despre misterele universului
Cât de mare este Universul?
Universul observabil are un diametru estimat la aproximativ 93 de miliarde de ani-lumină. Dimensiunea întregului Univers nu este cunoscută și este posibil ca acesta să se extindă mult dincolo de regiunea pe care o putem observa.
Unde este centrul Universului?
În modelul cosmologic actual nu există un centru cunoscut al expansiunii cosmice în interiorul Universului. Big Bang-ul nu este descris drept o explozie pornită dintr-un punct aflat undeva în spațiu.
Ce este o gaură neagră?
O gaură neagră este o regiune în care gravitația este atât de puternică încât, dincolo de orizontul evenimentelor, nici lumina nu mai poate reveni către exterior. Unele găuri negre se pot forma prin colapsul stelelor masive, dar există și găuri negre supermasive, a căror formare și evoluție implică procese mult mai complexe.
Universul se extinde mai repede decât lumina?
La distanțe cosmologice suficient de mari, spațiul se poate extinde astfel încât distanța dintre noi și anumite regiuni să crească efectiv cu mai mult decât viteza luminii. Aceasta nu înseamnă că un obiect trece local prin spațiu cu o viteză mai mare decât lumina; este vorba despre expansiunea metricii spațiului.
Materia întunecată și energia întunecată sunt același lucru?
Nu. Materia întunecată este invocată pentru efectele gravitaționale suplimentare observate în structurile cosmice. Energia întunecată este asociată cu expansiunea accelerată a Universului. Natura fundamentală a ambelor rămâne necunoscută.
Există cu adevărat planete din diamant?
Modelele teoretice permit existența unor lumi bogate în carbon, iar anumite corpuri cerești pot conține cantități importante de carbon sub diverse forme. Totuși, celebrul 55 Cancri e nu ar trebui prezentat în prezent drept o „planetă din diamant” confirmată; observațiile actuale o descriu mai degrabă ca pe o lume extrem de fierbinte, probabil cu suprafață topită și posibilă atmosferă.
Concluzie
Cele mai fascinante mistere ale universului nu sunt neapărat afirmațiile senzaționale pe care le întâlnim în listele de curiozități, ci întrebările pentru care știința încă nu are un răspuns complet.
Știm că Universul se extinde, că această expansiune accelerează, că există găuri negre și planete fără stele și că materia obișnuită reprezintă doar o mică parte din ceea ce există. Dar încă nu știm ce sunt materia întunecată și energia întunecată, cât de mare este întregul cosmos sau dacă viața a apărut și în altă parte.
Poate cea mai impresionantă lecție este că fiecare descoperire poate modifica ceea ce credeam anterior. 55 Cancri e este un exemplu perfect: de la celebra „planetă din diamant”, cercetările au ajuns la imaginea mult mai complexă a unei lumi fierbinți, acoperite probabil de rocă topită.
Universul nu devine mai puțin fascinant atunci când eliminăm exagerările. Dimpotrivă: realitatea cosmică este suficient de extraordinară fără să fie nevoie să o transformăm în mit.
