Прича о односу астрономије и вештачке интелигенције започећу причом о шаху. Еволуција објеката у свемиру наличи динамици шаховске партије – обе имају симетричан почетак, и расту кроз интеракције које нарушавају симетрију и утичу да неки од објеката (фигура) настану или нестану из свемира (шаховске табле). Била је 1997. година, када је у Њујорку Гари Каспаров, до тада непобеђени шаховски првак, сензационално изгубио меч против IBM-ове машине Deep Blue. Била је то минијатура, један од најбржих пораза које је Каспаров икад претрпео. Медији су пожурили да закључе како је овај дуел означио почетак ере у којој ће рачунари у свему надмашити човека.

Деценије након тога оповргле су овако драстична предвиђања. Deep Blue је био „стара школа“ компјутерске интелигенције, истренирана гомилом варијанти, у стању да рачуна 100 милиона комбинација у секунди, употпуњена архивом шаховских отварања и завршница на основу партија хиљаде шаховских мајстора. Била је то старомодна машинерија за данашње стандарде, скуп бескрајних линија компјутерског кода. Она ће убрзо бити замењена вишеструко ефикаснијом техником заснованом на неуронским мрежама (енгл. neural networks). Сећам се једног шаљивог текста научника са МИТ-а, који су Deep Blue упоредили са диносаурусом чије је изумирање изазвао астероид (тј. програм базиран на неуронским мрежама). И док наука и даље трага за одговором на питање да ли ће машине икада бити интелигентне у пуном смислу те речи, наши резултати истраживања све више зависе од способности да анализирамо и разумемо велике податке.

КАКО СУ ТЕЛЕСКОПИ ЗАВОЛЕЛИ РОБОТЕ?

Велики подаци су постали стандард и у истраживањима, али и у животу људи на Земљи. Готово сваки домен модерне науке за циљ поставља померање границе открића ослањајући се на велике податке. У том контексту неизоставна је улога вештачке интелигенције (енгл. Artificial Inteligence, AI). У ери роботизованих телескопа и сателита, посебно место у прикупљању и искоришћавању великих података имају управо астрономска снимања. Све је почело давне 1990. године, када су астрономи са Опсерваторије „Стјуард“ (Steward) у Аризони направили први компјутерски модел заснован на неуронским мрежама да би класификовали галаксије.

Недуго након тога, 2000. године, астрономи су покренули први велики претраживач галаксија на небу, Sloan Digital Sky Survey (SDSS), помогнут оптичким телескопом од 2,5 метара у Новом Мексику. Током 20 година рада, претраживање је омогућило каталогизацију два милиона галаксија, уз свакодневно слање података величине гигабајта.

Сећам се својих студентских дана, средином прве декаде двехиљадитих, када се о пројекту SDSS са усхићењем говорило као о револуцији у прикупљању и анализи великих података. Из данашње перспективе, били су то само уводни кораци који су нас покренули да дубље завиримо у комплексност галаксија са још већим инструментима, који ће на земаљске сервере испоручити пакете слика и спектара већих и за неколико редова величине него што је то урадио SDSS!

SDSS није могао да одговори на сва питања о историји свемира због ограниченог домета детекције. Кроз пет оптичких филтера у видљивом домену електромагнетног зрачења (од 350 до 900 нанометара), SDSS може да „добаци“ до галаксија које су од нас удаљене тек око 4-5 милијарди година, тј. до трећине старости космоса. Као резултат, највећи број далеких објеката тек треба да буде идентификован моћнијим свемирским и земаљским роботизованим уређајима. О некима од тих револуционарних телескопа, попут Џејмса Веба и Еуклида, детаљно смо писали у претходним Орбитирањима. Они већ испоручују велике податке док читате овај текст. Поред њих, ускоро нас чека отварање још три огромна детектора за снимање на различитим таласним дужинама. То су мрежа радио-телескопа SKA, инфрацрвени свемирски телескоп Роман, и Опсерваторија „Вера Рубин“ у Чилеу, која ће предводити велики преглед галаксија и феномена попут блескова суперновa, квазипериодичних звезда итд. Заједничко за ове уређаје је прикупљање неколико десетина петабајта података дневно (!). Обим испоручених сирових података је без преседана, и превазилази нашу способност анализе традиционалним техникама. Потреба за развијањем и коришћењем аутоматизованог алата уз помоћ AI архитектуре постао је „звезда водиља“ модерне астрономије.

ОД ВЕЛИКОГ ПРАСКА… ДО ВЕШТАЧКЕ ИНТЕЛИГЕНЦИЈЕ

Најчешће асоцијације јавности на AI су велики језички модели као што је популарни бот GhatGPT, Гугл аудио асистент, Сири, или програми за генеративну уметност попут DALL-E. Ипак, за разлику од неких популарних области у којима се AI интензивно примењује, попут процесирања језика или генетичких истраживања, космос и даље представља велики изазов као непрегледно комплексан систем чију је структуру тешко анализирати из најмање два разлога: (1) почетни услови стварања свемира нису сасвим познати, што ограничава нашу могућност да симулирамо његов изглед кроз 13,7 милијарди година дугу историју. (2) велике структуре у свемиру, попут галаксија и њихових јата, приказују раскошан диверзитет физичких параметара. Распон величина је од џиновских до патуљастих, а масе галаксија су од оних са огромним резервоарима молекула водоника, до оних које га уопште немају. Поврх свега тога, галаксије се не развијају униформно, те често смењују периоде мирне еволуције са стохастичким активностима, попут интензивног стварања или умирања звезда у њима. Њихова детаљна карактеризација захтева упоредно посматрање кроз различите телескопске филтере и анализу физичких параметара (масе звезда, маса прашине, стопа стварања звезда и њихова старост). Компликован, не и нерешив проблем идентификације и описа милиона галаксија један је од највећих научних изазова данашњице. Како нам AI помогне у тим напорима?

Замислимо сада да као полазну тачку припремимо базу података са неколико стотина хиљада познатих галаксија, њихових телескопских снимака, и основним карактеристикама (удаљеност, укупна маса, боја кроз различите филтере итд.). Циљ је прецизна расподела објеката, што је први корак у прављењу поузданих каталога. Да бисмо то остварили, морамо применити најефикасније „тренинге“ на постојећим подацима како би оптимизовали аутоматско откривање сличних објеката у много већим, интерпретипристижућим базама података.

Замислимо даље да желимо да прецизно идентификујемо две кључне категорије галаксија – спиралне и елиптичне. Селектоване према свом облику, оне представљају базичне групе галаксија у свемиру.

Спиралне, налик нашем Млечном путу или оближњим галаксијама и Андромеда и М51, чине активни системи са прелепим спиралним крацима које настањују тек створене младе звезде. Са друге стране, елиптичне галаксије се махом одликују старим звездама и одсуством спиралних крака, те им је маса нагомилана у централном делу. Типичан представник ове групе је М87 у сазвежђу Вирго, позната по чувеном првом снимку сенке црне рупе. Задатак делује као нешто што би човек, или бар група људи, могла да обави. Пројекти грађанске науке, попут Galaxy Zoo, покушали су да помогну у овим напорима. Ипак, људско око није савршен инструмент и шум сигнала на астрономским снимцима отежава разумевања слабо видљивих објеката којих је свемир препун. На снимцима они више наличе маглинама него галаксијама. Како да научимо машину да разликује артефакте посматрања од стварних галаксија које желимо да анализирамо?

ДВОБОЈ ТИТАНА: ПРИМЕНА МАШИНСКОГ И ДУБОКОГ УЧЕЊА У АСТРОНОМИЈИ

Претходних година, научници су овом проблему приступали са два основна AI алата: моделима заснованим на машинском учењу (ML) и дубоком учењу (енгл. deep learning). Обе методе изискују висококвалитетне податке значајне статистике. Машинско учење је део AI, а можемо га дефинисати као учење из података. Главни циљ ML метода је побољшање перформанси класификације података без експлицитног програмирања. У својој основи, ML је скуп разних математичких техника које тумаче податке упоређујући их са моделима који описују њихово понашање. Ту спадају разни параметарски и непараметарски модели, а најпознатији су дрва одлучивања, методе регресије, методе супервизиране и несупервизиране класификације, процене максималне вероватноће и Бајесова анализа. У астрономији често примењујемо ML класификације на великим каталозима галаксија.

„Фитовањем“ података, ML технике омогућавају праћење статистичких релација у тренираним популацијама галаксија. Једна од најчешће тренираних релација је она између масе и стопе стварања звезда у галаксијама, која помаже да галаксије класификујемо на активне (спиралне) и пасивне (елиптичне). ML има могућност не само да фитује (моделира) постојеће податке, већ помаже и у њиховом интерпретипристижућим рању. На пример, ML модели могу квантитативно да пореде више конкурентских модела, на основу чега нам даље могу рећи и да ли (бар) један од њих може бити одбачен. Рецимо, уколико бисмо у каталог са стотину активних спиралних галаксија убацили податке за неколико пасивних галаксија, ML модели би ефикасно препознали „уљеза“, и сугерисали да те галаксије не припадају основном скупу.

Иако корисни, ML модели у астрономији имају велики недостатак који се огледа у томе да компјутер учи из структурираних каталога које је човек пажљиво припремио. Да бисмо убрзали анализу и повећали могућност проналажења објеката који су често скривени нашем оку, последњих година све су популарније методе засноване на дубоком учењу и неуронским мрежама, пре свега конволуцијске неуронске мреже (CNN). Ова метода, мотивисана структуром човековог мозга, сачињеном од интерконектованих неурона, функционише по принципу „ја могу да учим сама анализирајући конекције које уочавам на снимцима галаксија“. CNN је посебно заступљен у анализи слика, и последњих година је револуционизовао класификовање астрономских објеката, на пример поменуте морфологије галаксија. Први астрономски научни рад који је применио ову методу објављен је 2015. године, да би након тога број радова са CNN-ом експоненцијално растао све до данас. CNN третира слике као структуриране низове пиксела. Основна функција на коју се ослања је конволуција, или поједностављено – филтеровање. CNN примењује филтер да би појачао или смањио светлост одређеног пиксела на оригиналној слици, и боље уочио обележја која су скривена репрезентација оригиналне слике, обично необјашњива људском оку. Фокус CNN методе је на малој околини најсветлијег пиксела слике. Практично говорећи, филтери помажу да CNN идентификује неке типичне особине галаксија, попут делова крака или централног језгра. То даље помаже алгоритму да генерализује разврставање на спиралне и елиптичне галаксије.

Позната веб-платформа за велике податке Kaggle организовала је такмичење у томе који AI метод најбоље разврстава елиптичне и спиралне галаксије на одабраном узорку. Иако су и ML и CNN методе показале завидан успех, CNN је однео победу са прецизношћу од чак 90%. И не само то, већ су CNN методе успеле да пронађу и неке ретке врсте објеката (попут локалних патуљастих галаксија) претражујући терабајте података. Треба рећи да домен примењивости CNN методе није остао затворен само за посматрачку астрономију. Она се успешно користи и у компјутерским симулацијама свемира, када је потребно на брз, статистички начин повезати основне компоненте симулације – расподелу тамне материје, и њихов однос са видљивим материјом попут звезда, гаса и прашине. Ипак, и поред ових великих резултата, астрономи су и у CNN методама открили значајне недостатке.

CNN се фокусира на најсветлије пикселе, те запоставља тамније пределе на сликама које могу да „крију“ врло важне физичке податке о свемирским објектима. Такође, CNN захтева да улазни податак буде слика тачно одређених ивица, тако да филтер који се примењује буде скалиран са величином те слике. Овакав приступ лимитира откривање просторно удаљених објеката на слици, поготово уколико је један од њих светлији а други тамнији. То је нарочито велики недостатак за истраживања свемира у којем су честе интеракције два и више објеката (галаксија, звезда или планета са сателитима).

ТРАНСФОРМЕРС МОДЕЛИ: НОВА РЕВОЛУЦИЈА У АСТРОНОМИЈИ?

Узбуђење истраживачке јавности није ни достигло пун врхунац, када се 2020. године, наизглед ниоткуда, појавила нова AI архитектура под називом „трансформери“ (енгл. transformer). Моментално су скренули на себе пажњу научне јавности јер су показали завидне резултате надмашивши CNN не само у препознавању објеката, већ и у напреднијим изазовима попут детекције слабо видљивих галаксија у далеком свемиру. Забавног имена, које подсећа на истоимену култну анимирану серију о роботима, визуални трансформер (VT) модели су дизајнирани да ефикасно рукују тзв. секвенционалним подацима, а управо то су спектри галаксија, криве сјаја звезда или слике слабо видљивих дифузних галаксија чију је величину тешко измерити због ниске површинске сјајности. Да би надоместили неке од недостатака CNN метода, VT модели користе специјалан концепт назван „метод пажње“, који компјутеру помаже да улазну слику раздели на сегменте, и да идентификује њен најбитнији део, не ограничавајући се само на локалне облике или најсветлије пикселе, као што је то случај са CNN-ом.

У пракси, процес препознавања облика галаксија VT техником изгледа овако: улазни снимак се сегментира у неколико мањих, који се касније преводе у низ вектора којима је додељена просторна информација (на пр. посматране координате). VT затим спроводи оптимизацију својих мапа заснованих на „пажњи“, реконструишући читаву слику, а не само један њен део.

На овај начин, VT модели имају предност у проналажењу реалистичних феномена у космосу који се простиру на великим скалама, и чија сјајност варира. Тимови астронома се надају да ће, примењујући овај метод, успети да детектују на милионе свемирских феномена попут експлозија супернова или дифузних галаксија ниске сјајности у надолазећим великим претраживањима неба телескопима Вера Рубин или Роман.

ЛЕПОТА НЕСАВРШЕНИХ АЛГОРИТАМА

Док се за Каспарова говорило како је „последњи стуб одбране човечанства пред роботом“, астрономска наука је показала, за мање од деценије, да свака надолазећа AI архитектура има јасне недостатке. Иако алати AI могу изгледати интелигентни (и буквално се описују као учење!), они су заправо само алгоритми направљени да препознају одређене обрасце и побољшају своје резултате са повећаном количином квалитетних улазних података. Стога је прикладно да, уместо класичног закључка, ово Орбитирање завршимо малом листом најважнијих недостатака описаних AI метода који чекају на своје побољшавање у годинама које следе.

(1) Многи се питају да ли AI може да открије нове физичке законе. Одговор је „Не“. AI је алат који помаже да унапредимо анализу и лакше препознамо нове везе међу свемирским телима.

(2) Све AI методе изискују тренинг на великим количинама података високе комплетности и квалитета. На пример, VT модели потражују десетак милиона слика да би могли да изврше тренинг методом „самосталног менторисања“. Са друге стране, ML модели могу да раде са мањом статистиком, али човек је и даље неопходан да би „навигирао“ шта да се тренира и идентификује.

(3) Методе базиране на дубоком учењу функционишу по принципу „затворене кутије“. У преводу, јако је тешко људском логиком схватити на који начин је AI спровео тренинг којим извршава задатке.

(4) AI методе су оствариле одличне перформансе тренирајући се на сликама једног одређеног астрономског инструмента. Отворено питање је да ли се са истом прецизношћу те методе могу искористити и за било који други, хетерогенији сет података? Галаксије у свемиру се снимају инструментима различите осетљивости, а космички шум и прашина отежавају детектабилност објеката. Новији радови сугеришу да је AI методе могуће применити и на податке који нису коришћени за иницијални „тренинг“, али уз много финих подешавања. Предстоји, дакле, доста посла да би се достигла жељена ефикасност.

Декада у којој живимо омогућила је сакупљање података о стотинама милиона галаксија кроз више од 20 филтера. Бар још толико галаксија тек треба да буде идентификовано и анализирано у непрегледним снимцима и спектрима које ће на Земљу слати будући телескопи. Квалитет AI модела зависи од тога колико је велик и квалитетан сет података који му сервирамо за тренинг. Док се то не промени (ако), откриће веза међу галаксијама ће и у будућности бити дело човека.

Овај текст објављен је у 39. броју часописа Елементи.

Дарко Доневски је доктор наука у области космологије и астрофизике. Главна област истраживања му je еволуција галаксија у раном свемиру. Професионално је ангажован на институтима за астрофизику у Трсту и Варшави, на којима води међународни пројекат који се бави пореклом прашине у далеким галаксијама. Докторирао је на Универзитету Екс-Марсеј у Француској, а као гостујући научник радио је на универзитетима у Торонту, Лајдену и Тулузу. Поред истраживачког рада, активно се бави научном едукацијом и комуникацијом. Стални је сарадник часописа Елементи.

Једна од важних порука модерне астрономске науке је да се комплексност свемира не може објаснити људском интуицијом и логиком. Као последица тога постоји дуга листа елемената космоса који се не могу усагласити са врло ограниченом људском перцепцијом. Од свих њих, геометрија самог универзума, као и распоред и еволуција материје и енергије у њем спадају у ред најкомпликованијих и најчешће дискутованих. Верујем да су многи од вас, загледани у ноћно небо размишљали како се свемир неограничено протеже у свим правцима. Вечно протезање свемира намеће се као „очигледно“ и „логичко“. Ипак, закључак је више резултат наше менталне слике космоса него детаљне анализе научних података. С обзиром на то да наш интуитивни „модел“ не мора да буде нужно тачан (а најчешће и јесте нетачан), неопходно је размислити како да га исправимо. Многи модели природе које је човек карактерисао као неминовно очигледне и јасне, доживели су своје драстичне развоја модерне науке. Астрономија је неретко одлазила и корак даље, те је једна од наука која је најчешће оповргавaла велики број нетачних или непрецизних модела. На крају крајева, не тако давно, сматрало се да је наша планета равна, јер је закривљеност Земље деловала превише суптилна да би се о њеном мерењу размишљало у научним круговима. Од Галилејових посматрања прошла су четири века, а  данас знамо не само о облику наше, већ и хиљада других планета. Такође знамо да наша галаксија, Млечни пут, није центар свемира, како се сматрало почетком 20. века, већ је само једна од милијарди других галаксија. Елегантан и ефикасан начин да себе увек подсећамо да антропоцентризам не иде у корак са законима космоса. Ипак, токове размишљања о облику и густини свемира није лако испратити. Баш као што је модел сфере разрешио заблуде о „равној планети“, други тродимензионални геометријски облици нуде могуће алтернативе за нашу перцепцију „бесконачног свемира“.

ДА ЛИ ЈЕ ГЕОМЕТРИЈА СВЕМИРА РАВНА?

Да бисмо кренули са испитивањем овог проблема, хајде да прво поставимо нека важна и отворена научна питања. Једно би могло да гласи: каква је геометрија свемира? При томе, под геометријом свемира мислимо на његове локалне и глобалне карактеристике. Локална геометрија свемира састоји се у мерењу углова и површина локалних структура (да, и ми астрономи имамо своје „космичке“ лењире). Друго питање се односи на глобалну геометрију: каква је топологија свемира као целине, односно како су његови саставни делови међусобно повезани? С обзиром на то да се данас зна да структуре у свемиру формирају мрежу налик пауковој, ово питање је неодвојиво од разумевања начина на који се спајају те мале („локалне“) свемирске скале, и велике („космолошке“) скале. Другим речима, питање о топологији свемира могло би да буде преформулисано и у: како су структуре у локалном свемирском окружењу (нпр. галаксије и групе галаксија), повезане са структурама на великој скали, попут космичких филамената кроз које се слива водонични гас којим галаксије пуне своје „гасне резервоаре“. Уколико већ увиђате да цео концепт облика свемира одступа од већине наших интуитивних очекивања, додајте на ово и податак да се у свемиру најкраћи пут између две тачке описује закривљеном линијом. Закривљење је важно предвиђање Ајнштајнове опште теорије релативности, познато и као општа теорија гравитације. Могли бисмо да причамо данима о математичким решењима Ајнштајнове  теорије. За почетак, поменимо само да је најпопуларније тумачење теорије дао научник Александар Фридман, који је дефинисао параметар који повезује густину свемира и његов облик. Фридманово решење предвиђа да, у зависности од густине материје и енергије, свемир може имати један од свега три могућа облика: (1) може бити привидно раван попут листа папира; (2) затворен, попут сфере; (3) отворен, попут седла за јахање. Визуелизација ових геометријских облика много је комплекснија него што их ми можемо представити и објаснити у овом тексту. На пример, израз „раван свемир“ не односи се на дводимензионални опис са којим се често сусрећемо у свакодневном животу, већ тродимензионално „поравнање“. Ево и једне аналогије да овај појам и разлике боље разумемо. Замислите да стојимо у једном углу просторије квадратног облика. Корачајмо неколико стопа дуж зида до првог ћошка, а затим се окренимо за 90 степени, отходајмо до следећег ћошка и тако још двапут. Резултат: наћи ћемо се тамо где смо започели свој пут, тј. описали смо цео квадрат. Ово је стандардна еуклидска геометрија коју смучили у школи. Додајмо јој још једну димензију и добићемо управо раван универзум. Међутим, уколико бисмо хтели да спроведемо идентичан експеримент на позитивно закривљеном простору који представља затворени универзум, добили бисмо другачији исход. Скакањем са Земљиног екватора ка Северном полу, а затим заокретом за 90 степени и хитрим скоком назад у правцу екватора, био би нам потребан још само један окрет да се вратимо на своју почетну тачку. Приметимо да су нам у примеру равног универзума била потребна четири окрета да се вратимо тамо одакле смо кренули, док нам је у примеру закривљеног, затвореног свемира, требало само три. Претпостављам да се сада многи од вас питају како астрономи могу да помогну при одгонетању облика свемира.

Многи модели природе које је човек карактерисао као неминовно очигледне и јасне, доживели су своје драстичне развоја модерне науке. Астрономија је неретко одлазила и корак даље, те је једна од наука која је најчешће оповргавaла велики број нетачних или непрецизних модела. На крају крајева, не тако давно, сматрало се да је наша планета равна, јер је закривљеност Земље деловала превише суптилна да би се о њеном мерењу размишљало у научним круговима.

Један (условно речено, лакши) начин је коришћење космичке микроталасне позадине о којој смо писали у једном од ранијих Орбитирања. Ова позадина потиче од реликтног зрачења Великог праска, и садржи мале просторне варијације у температури ове слабашне светлости. Почетне флуктуације потекле од ширења свемира производе таласе који се крећу кроз рани универзум. Стварна вредност ових области различите температуре може се прецизно израчунати и затим упоредити са очекиваном. Уколико живимо у закривљеном свемирпривидна величина хладних и врућих тачака ће бити већа него у случају равног свемира. Ово је као да вршимогромно тригонометријско мерење целог космоса и исцртавамо геометрију простора. Неколико великих научних тимова је „премеравало“ геометрију космоса управо на овај начин. Тренутни закључак? Геометрија свемира је равна, сходно закључку славног математичара Еуклида из Александрије, од пре 2000 година – збир углова у троуглу једнак је 180 степени! Међутим, неколико недавних студија налаже опрез при истицању коначног закључка, пре свега због посматрачких ефеката који често нису урачунати на правилан начин. Други метод мерења густине материје и енергије у свемиру је много директнији, али и тежи – он се своди на системско премеравање масе видљиве и невидљиве материје. Како је могуће урадити тако нешто? Најпренеопходно је изградити телескопе са довољно моћном оптиком за снимањогромног дела небеске сфере, самим тим и статистички значајног броја космичких структура (попут галаксија). Након што се иницијални део посла обави, астрономи и астрофизичари приступају анализи података и рачунању колика је густина галаксија у одређеној запремини простора у свемиру. За област у оквиру које се запремина рачуна, често се узима цилиндар пречника неколико мегапарсека, што је вредност 100 пута већа него што је пречник нашег Млечног пута. Овако велика пространства свемира упоредива су са великим космолошким скалама, поменутим у ранијем делу овог текста. Последњи корак је израчунавање колико у свакој од тих галаксија има видљиве материје (што је еквивалентно збиру масе свих звезда, гаса и прашине), као и прављење модела расподеле материје између њих. Звучи као сизифовски посао, али резултат овог труда био би и дефинитивни одговор на питање о облику свемира. Једноставно, зар не?

ЕУКЛИД: СКЕНИРАЊЕ ВЕЛИКИХ КОСМОЛОШКИХ СКАЛА

Астрономски докази који долазе од досадашњих резултата посматрања најсавременијим телескопима сугеришу да је део универзума који можемо да видимо (такозвани „видљиви универзум“) хомоген и изотропан. Хомогеност свемира имплицира да је густина космоса приближно иста, док изотропност наглашава да просторни део свемира изгледа исто у свакој тачки и у сваком правцу. Да би омогућили одговор на ова кључна космолошка питања, Европска свемирска агенција је пре 15 година започела конструисање телескопа чије име савршено осликава његову намену – у питању је „Еуклид“. Назив мисије заслужено одаје важну почаст славном старогрчком математичару који се сматра „оцем геометрије“, писцу капиталног дела Елементи, и првом који је увео систем научних доказа у математичке дискусије. Иако о Еуклиду из Александрије постоји мало писаних доказа, чак толико мало да су многи историчари науке сумњали да се заиста ради о историјској личности, телескоп „Еуклид“ ће бити дијаметрална супротност. Велика количина података, смештена на сервере националних института у Италији и Француској, омогућиће стотинама научних тимова лак увид у све резултате мисије. Након вишегодишњих корекција у његовим технолошким детаљима и оптици, приближио се тренутак када ће Еуклид бити лансиран. У свемир ће га понети ракета „Фалкон 9“ приватне компаније SpaceX. Крајем јула 2023, космодром у Француској Гвајани биће „ужарена“ локација још једне акције која ће на тренутак зауставити дах астрономске и научне светске заједнице. Док читате овај текст, непроцењиви пртљаг у који је запакован телескоп „Еуклид“ успешно допловљава у гвајанску луку, одакле ће бити одвезен до своје лансирне станице. Телескоп „Еуклид“, као и све око припреме и реализације његовог концепта, лансирања и мисије, део је истоимене колаборације. Овај међународни конзорцијум јединствен је због свог обима и шареноликог спектра тимова који га чине. Конзорцијум је сачињен од 1500 научника и инжењера, чланова преко 100 институција из 20 различитих држава чланица ЕСА, укључујући и једну неевропску земљу – Канаду. Кључни део конзорцијума је научни панел, у којем се пажљиво припремају најважнија научна питања која ће бити научни приоритети мисије. Током година, панел се састајао више од стотину пута, уз исто толико активних дискусија. Често се дешавало да се научници нису слагали једни са другима око хронологије истраживања и њених метода. На крају, као и увек у гломазним и хетерогеним међународним колаборацијама, конвергирало се ка циљевима мисије од општег интереса за целу научну јавност. Ипак, није све било идеално у почетку. Финансирање астрономских мега пројеката је изазовно и неизвесно, а телескоп „Еуклид“ је срећно настао на „пепелу“ Две оригинално предложене научне мисије које никад нису добиле финансијска средства за своју реализацију. Може се рећи да је Европа у последњем тренутку направила компромис и пронашла начин да подржи овај велики научни пројекат. Шта можемо рећи о техничким карактеристикама свемирског телескопа „Еуклид“? Дугачак је 4,5 метара и опремљен је главним огледалом пречника 3,1 метар. Посматрања ће се вршити у два дела електромагнетног спектра, видљивом и блиском инфрацрвеном подручју. Језиком таласних дужина, то нам говори да ће Еуклид успешно снимати космичке таласе који су дугачки између 500 и 2000 нанометара, што је сличан опсег оном који користи телескоп „Хабл“.

Телескоп „Еуклид“, као и све око припреме и реализације његовог концепта, лансирања и мисије, део је истоимене колаборације. Овај међународни конзорцијум јединствен је због свог обима и шареноликог спектра тимова који га чине. Конзорцијум је сачињен од 1500 научника и инжењера, чланова преко 100 институција из 20 различитих држава чланица ЕСА, укључујући и једну неевропску земљу – Канаду.

Конструкција примарног огледала развијена је у лабораторији за астрофизику у Марсељу, а трајала је последњих седам година. С обзиром на то да сам у тој лабораторији провео важан део свог истраживачког рада, често сам имао прилику да кроз специјалан прозор на балкону Института посматрам радове у инжењерској соби (тзв. чиста соба), у којој је тим техничара у белим скафандерима свакодневно пажљиво тестирао и дорађивао сваки делић „Еуклидовог“ огледала. Један од најзабавнијих тестова био је „тест трескања“, који је за циљ имао да испита издржљивост оптике на снажне пертурбације какве се могу очекивати током „Еуклидове“ свемирске „пловидбе“. Огледало је са велике трамбулине бацано увис неколико пута, све док се из резултујућих сигнала није отклонила и најмања могућност дефекта. Хајде сада заједно да видимо како ће тећи живот „Еуклида“ од тренутка његовог слања у космос. Након што буде лансиран, телескоп ће се кретати око месец дана по такозваној Лисажуовој путањи до тачке L2, Која је удаљена више од милион километара од Земље. У истој тачки је лоциран и највећи телескоп досад послат са наше планете, „Џејмс Веб“, па можемо условно рећи да ће „Еуклид“ и „Веб“ би ти космичке комшије. Трајање мисије на, током којих ће се мапирати велики део парчета свемира, чак 15.000 лучних степени, што је еквивалентно трећини целокупне небеске сфере! Примера ради, телескоп „Веб“, иако најпрецизнији и најсензитивнији инструмент икада, нема толику моћ широкопојасног посматрања неба, те ће његови каталози података обухватити 100 пута мању површину. Ово је уједно и одговор на питање зашто чак и импресивне опсерваторије, попут „Веб“ или „Хабл“ телескопа, нису довољне да нам саме разреше све мистерије универзума. Након што обави први део мисије синхроног посматрања неба, „Еуклид“ ће накнадно бити усмерен на некa од најпознатијих вангалактичких поља, опсежно истражених малих делова неба у којима су астрономи до сад идентификовали комплексни диверзитет галаксија изузетне удаљености и карактеристика. Најпознатије од тих поља је Хаблово ултрадубоко поље. Циљ поновног, продуженог снимања тих мајушних, али дубоких поља, јесте идентификација најудаљенијих објеката, као и оних са најслабијом сјајношћу, попут далеких, планетарних система и малих галаксија (100-1000 пута мањих од Млечног пута). Све ово за циљ има да се астрономима и астрофизичарима обезбеде вредни каталози са око десет милијарди космичких објеката, пре свега галаксија. Тако велика статистика омогућиће да одговоримо на нека од најважнијих отворених питања модерне науке, пре свега на она о облику и густини свемира која смо поменули у првом делу текста.

ВЕЛИКА НАУЧНА ПИТАЊА МИСИЈЕ „ЕУКЛИД“ КОСМОС У ПАУКОВОЈ МРЕЖИ, ИЛИ: КАКО СЕ ПОВЕЗУЈУ ФИЛАМЕНТИ У СВЕМИРУ?

Материја у свемиру је аранжирана налик чворовима и нитима паукове мреже. Чворови чине места где се међусобно пресецају филаменти, својеврсни канали преноса материјала којим се галаксије хране током свог живота. Космички филаменти су џиновске структуре, највеће у целом космосу. Колико су велике, можете визуeлизовати тако што ћете замислити цео простор око ње испуњен још стотинама других галаксија. Млечни пут је заиста део једног таквог система, који се назива Ланиакеа суперјато галаксија. Ипак, чак и ово суперјато и даље није довољно велико да се „такмичи“ са величином космичких филамената који се протежу између „зидова“ сваког од поменутих суперјата. Дужина космичких филамената може да буде већа од 80 мегапарсека, што је  једнако дужини од око сто милиона светлосних година! Филаменти у космосу су круцијални за тестирање космолошког модела Великог праска, јер је предвиђено да они директно прате не само расподелу најгушћих делова видљиве материје (звезда и гаса у јатима галаксија), већ индиректно трасирају пут којим се протеже невидљива тамна материја. Другим речима, уколико је космолошки модел Великог праска тачан и комплетан, највећа маса тамне материје требало би да буде на местима најгушћих и „најзапетљанијих“ филамената. У тим петљама је гравитациона спрега између великих галаксија најјача, а Ова илустрација нам помаже да лакше разумемо јединственост телескопа „Еуклид“: то је његова могућност да мапира протезање и размену материје на великим удаљеностима, омогућавајући нам директан увид у то како космички филаменти изгледају у различитим епохама космоса.

КАКО ЕВОЛУИРАЈУ ГАЛАКСИЈЕ?

Када говоримо о „различитим епохама космоса“, онда говоримо о томе колика је удаљеност небеских тела која смо уочили телескопима. Црвени помак је стандардни параметар који астрономи употребљавају да би исказали колико је нека звезда или галаксија далеко од места посматрања. „Еуклид“ ће снимати како објекте у локалном свемиру (црвеним помацима блиским нули) тако и оне објекте удаљене и до десет милијарди светлосних година од нас, на црвеним помацима већим од три. Тачно израчунавање удаљености галаксије није тривијалан посао. Астрономи oвa мерења често карактеристика слика у различитим филтерима), а кад год је могу ће, прибегавамо много прецизнијим, спектро скопским методама. Управо ће спектроскопска метода бити важан део мисије „Еуклид“, с обзиром на то да је опсерваторија опремљена спектралним уређајем средње резолуције. Ако вам све ово зазвучи компликовано, немојте се уплашити. Циљ спектралних мерења је својеврсни мониторинг појављивања линија познатих хемијских елемената (на пример, водоника) у космосу, те њихово упоређивање са стандардним лабораторијским вредностима. Што је већа разлика између посматраних и лабораторијских фреквенција, то је већа удаљеност објекта. Метода омогућава прецизно мерење удаљености милиона галаксија које ће бити снимљене, омогућавајући нам статистичко праћење њихове еволуције.

ДА ЛИ ЈЕ ВЕЋИ ДЕО СВЕМИРА ПРАЗАН?

Сматра се да паукова мрежа свемира није једнако „насељена“ галаксијама у различитим раздобљима живота свемира. У младом, раном космосу, који обухвата историју од неколико стотина милиона година након Великог праска, не очекујемо превелики број згуснутих јата и протојата галаксија. Разлог за то је време (од око милијарду година) потребно да се галаксије гравитационо привуку и „закључају“ у један систем. Са друге стране, сматрамо да је највећи део универзума релативно празан, те да није испуњен галаксијама велике масе. Наизглед празне области свемира називамо „космичке празнине“ (cosmic voids).  Мапирање расподеле космичких празнина захтева једнак напор као и мапирање густих филамената. Неопходно је направити тродимензионални снимак значајног дела небеске сфере и затим пажљиво израчунати колика је густина гаса, звезда и прашине у различитим делићима те запремине. Уколико би се испоставило да космос као целина има занемарљиву густину материје, то би потврдило теоријске претпоставке да њим доминирају „празнине“.

Тачно израчунавање удаљености галаксије није тривијалан посао. Астрономи oвa мерења често карактеристика слика у различитим филтерима), а кад год је могу ће, прибегавамо много прецизнијим, спектро скопским методама. Управо ће спектроскопска метода бити важан део мисије „Еуклид“, с обзиром на то да је опсерваторија опремљена спектралним уређајем средње резолуције.

Оно што је узбудљиво у годинама које следе, јесте схватање динамичких особина тог разређеног простора. Актуелна недоумица у вези са њим је да ли се и у такразређеном простору могу формирати велике структуре, попут галаксија сличних нашој? Последња истраживања показују да је овај сценарио реалан, што додатно компликује интерпретацију ионако комплексне слике еволуције космоса. Постојање комплексних хемијских једињења, водом богатих вансоларних планета и честица прашине које су агенси органског живота, делује као сасвим разумно очекивање и за оне кутке свемира за које смо раније сматрали да су пусти и незанимљиви.

ДА ЛИ СЕ ШИРЕЊЕ  СВЕМИРА МЕЊА?

Деведесетих година прошлог века космолози су дошли до изненађујућег открића да се универзум данас шири брже него у својим ранијим добима. Прецизније речено, космос се ширио од свог рођења у Великом праску, али су научници претпостављали да ће се брзина којом се шири временом успорити, услед гравитација свеукупне материје која би се опирала ширењу. Иако је за ово откриће додељена Нобелова награда, разумевање разлога за убрзано ширење свемира и даље остаје један од највећих изазова космологије и фундаменталне физике. Телескопом који је довољно осетљив да види светлост којој је требало десет милијарди година да стигне до нас, „Еуклид“ ће нам рећи како се брзина ширења космоса мењала током времена. Својим широкоугаоним погледом, „Еуклид“ ће такође истражити да ли је  експанзија иста у свим правцима. Акније, ово би нарушило оно што је познато као космолошки принцип, који претпоставља да на довољно великој скали универзум изгледа исто у свим правцима, и са сваке локације.

ГЕОМЕТРИЈА СВЕМИРА И РАЗУМЕВАЊЕ ГРАВИТАЦИЈЕ: ДА ЛИ НАМ НЕКИ ДЕЛИЋ СЛАГАЛИЦЕ НЕДОСТАЈЕ?

На крају, проблем свих проблема. Постојање тамне материје и убрзано ширење свемира сугеришу да нам галице у разумевању природе. Ова два изненађујућа открића деле једну заједничку основу: оба су у блиској вези са гравитацијом. Као што смо поменули на почетку текста, Ајнштајнова теорија гравитације описује је као последицу масивних објеката који савијају простор-време. Предмети различите масе различито деформишу простор-време, слично кликерима на танком листу папира. До сада, сва општа теорија релативности је успешно прошла све посматрачке тестове, од постојања црних рупа до гравитационих таласа. О многима од њих писали смо и у претходним Орбитирањима. Ипак, постоји једна велика разлика између свих ранијих експеримената и оног који ће извршити телескоп „Еуклид“ – ниједан тест теорије гравитације није направљен на тако великим удаљеностима и на тако разноврсним космичким епохама какве ће „Еуклид“ моћи да обухвати. На пример, мерења масе црних рупа у галаксијама до сад су била луксуз за само неколико објеката у локалном свемиру, док ће „Еуклид“ помоћи да то постане рутинирана ствар и за веома далеке галаналогне локалним џиновиМ87 или М31. На овај начин, „Еуклид ће нам дати увид у то да ли се општа релативност нарушава на векосмолошким скалама. Било одговор на ово питање потвродричан, чека нас веома уз период истраживања.

Текст је изворно објављен у склопу редовне рубрике Орбитирање, у 33. броју часописа Елементи.

Дарко Доневски је доктор наука у области космологије и астрофизике. Главна област истраживања му je еволуција галаксија у раном свемиру. Професионално је ангажован на институтима за астрофизику у Трсту и Варшави, на којима води међународни пројекат који се бави пореклом прашине у далеким галаксијама. Докторирао је на универзитету Екс-Марсеј у Француској, а као гостујући научник радио је на универзитетима у Торонту, Лајдену и Тулузу. Поред истраживачког рада, активно се бави научном едукацијом и комуникацијом. Стални је сарадник часописа Елементи.

Овај џиновски телескоп, дужине око 4,5 метра, са главним огледалом пречника 1,2 метара, опремљен је најсавременијим детекторима који ће анализирати нека од најважнијих отворених питања модерне науке: Која је природа тамне материје и тамне енергије у космосу? Како еволуирају масивне галаксије? Да ли се брзина ширења космоса мењала током времена? Да ли је наше разумевање гравитације потпуно?

Еуклид је успешно допремљен из Европе до свемирског центра Канаверал на Флориди. До коначног одредишта, такозване Лагранжове тачке L2, удаљене 1,5 милиона километара од Земље, телескоп ће понети ракета Falcon 9, америчке компаније Space X. У пројекту Еуклид учествује више од 750 научника и инжењера.

Погледајте промо трејлер Европске свемирске агенције (ESA):

Названа по славном античком математичарру и „оцу“ геометрије, мисија Еуклид дизајнирана је да траје шест година, током којих ће снимити више од трећине целокупне небеске сфере. То значи да ће телескоп Еуклид на Земљу послати податке о неколико милијарди галаксија и њиховој удаљености од нас. Примарни циљ мисије биће да искористи овај многобројни узорак и идентификује на који начин се галаксије распоређују у свемиру. Реконструирање временске и просторне еволуције галаксија омогућиће разумевање неких великих неразјашњених феномена модерне астрономије.

Један од тих феномена је постојање тамна материје и тамне енергије. Тамна материја је хипотетички облик материје за који постоји велики број доказа да има главну улогу у формирању галаксија и њиховом даљем развоју. Иако је процењено да испуњава чак 80% комплетне материје нашег космоса, њена природа још није разјашњена, јер се не може директно посматрати. Астрономи су предвидели неколико метода који би помогли у разјашњену природе тамне материје, и један је повезан са закривљењем светлости емитоване из далеких свемирских објеката. Претпоставља се да ће јачина закривљења произведена од стране тамне материје много тога открити о њеном саставу – пре свега, да ли је тамна материја сачињена од лаганијих или тежих честица. Ове информације помоћи ће даљем усмеравању потраге за честицама тамне материје у земаљским лабораторијама, попут ЦЕРН-а.

Други велики циљ мисије Еуклид је разумевање тамне енергије, која помаже да се свемир убрзано шири. Данас је познато да је старост нашег свемира процењена на 13,74 милијарди година, а подаци са телескопа Еуклид омогућиће да се, по први пут у историји науке, реконструише историја ширења свемира у последњих 10 милијарди година.

„Музика је код за разговор са свемиром. Данас људи праве комплексне компјутерске програме, њима шаљу летелице у космос… мене та технологија плаши и одушевљава у исто време. Али, музика… музика је јединствен начин да разумемо свемир, јер је она, као и свемир, у свима нама!“ Овако је своје ванвременско стваралаштво у једном од ретких интервјуа описао Вангелис. Недавно преминули великан савремене музике био је и пионир у креирању тематских албума који су имали циљ да музиком опишу комплексност космоса, научне свемирске мисије и будућности човечанства. У време када је Вангелис почињао своју инструменталну каријеру, човек је већ био крочио на Месец, возио ровера по његовој површини, са које је у специјалним капсулама допремио више стотина килограма важних геолошких узорака који се и данас анализирају. Тих година су објављивани и пионирски радови о објектима који ће каснијих деценија привлачити велику пажњу научника, попут пулсара, квазара и интерагујућих галаксија. Ипак, друга половина седамдесетих година 20. века тек је најављивала велике продоре у освајању дубоког свемира, почевши од нашег Сунчевог система па све до најдаљих кутака универзума.

Паралелно са ерупцијом нових научних сазнања у астрономији, јавила се потреба да се човечанству објасни њихов значај. И док су Карл Саган и Ен Драјан у предграђу Њујорка писали сценарио за серију Космос, Вангелис се из Атине преселио у Лондон. Након неколико предивних музичких албума које је написао за документарце о животињама емитованим на француској телевизији, Вангелис је усмерио своје стваралаштво ка футуристичким и свемирским темама, као и односу човека и свемира.

ALBEDO 0.39

Све је почело са изградњом својеврсне креативне оазе, музичког студија по имену Немо у Лондону. Први албум који је у том студију Вангелис створио назвао је Albedo 0.39. И заиста, многи ће се запитати шта би могли да означавају ова необична реч и број који је прати? У астрономији, албедо планете је удео светлости који неко небеско тело рефлектује са своје површине. Примера ради, до наше планете најјаче светлосно зрачење долази са матичне звезде, Сунца. Хипотетички говорећи, уколико би планета Земља апсорбовала сву Cунчеву светлост, ништа од те светлости не би било рефлектовано у околни свемир, и албедо би био једнак нули (овај феномен је у физици познат као „апсолутно црно тело“). Супротно томе, планета која би одбијала сву светлост са своје површине имала би албедо једнак јединици. Тих седамдесетих година, када је тихи и јавности неухватљиви грчки виртуоз на клавијатурама дошао у Лондон, астрономска мерења су сугерисала да албедо Земље износи 0,39. Отуда и назив овог Вангелисовог албума. Данашња, много прецизнија мерења са америчког сателита Suomi, показала су да је Земљин просечни албедо знатно мањи, те да износи 0,3. Поред просечног албеда, сателити су помогли научницима да закључе и да је наша планета временом постала „тамнија“, те да рефлектује све мање светлости услед комбинације више ефеката, пре свега глобалног загревања и климатских промена. Вангелисов Albedo 0.39 отворио је и нови прозор за научну астрономску заједницу која је имала велики проблем како да ефикасно комуницира надолазеће револуционарне свемирске мисије широј популацији. Неке од тих мисија биле су лансирања ултраљубичастих и инфрацрвених свемирских телескопа, прва европска мисија на комету, нова етапа у истраживању далеког свемира, али и слање у отворени свемир популарних летилица Војаџер, које се тренутно крећу у међузвезданом простору ка свом коначном изласку из Сунчевог система. Albedo 0.39 поставио је и музичке оквире за још неколико познатих астрономских појмова. Тако Mare Tranquillitatis у једној елегичној, краткој форми, описује славни кратер на Месецу, прву територију изван наше планете на коју је човек крочио. Мотив „мора тишина“, као и Вангелисова опчињеност планетарним геолошким структурама на телима Сунчевог система, снажно ће утицати и на неке његове касније радове.

У нумери Main Sequence, која се често појављивала на многим телевизијским шпицама, Вангелисова музика осликава назив за низ звезда распоређених на основу њихових физичких особина. У звезданој астрономији је појам main sequence део једне шире категоризације познате под називом Херцшпрунг-Раселов дијаграм (скраћено ХР дијаграм). Име је изведено комбиновањем презимена научника који су први конструисали ову врсту дијагностике звезда. ХР дијаграм заправо квантификује однос између апсолутних магнитуда, боје и температуре звезда. Данас је усвојена парадигма да је сценарио еволуције неке звезде превасходно условљен њеном иницијалном масом. Звезда пролази кроз више еволутивних фаза, од којих је за сваку типична промена у сјајности (луминозности) и температури. Управо ХР дијаграм помаже да се визуелно прикаже позиција звезда на том еволутивном путу, помажући научницима да провере теорије о развоју и окончању живота различитих звезданих популација. Доминантна популација звезда је она која је најбројнија и која формира тзв. Главни низ (main sequence) на којем се налази и наше Сунце. Међутим, постоје и многе звездане популације које одступају од главног низа. Примера ради, бели патуљци су позната група звезда коју карактеришу веома густа структура материје и слаба сјајност, што утиче да се они налазе далеко испод главног низа. Насупрот њима, познате су и звезде-џинови, које имају масу десетак пута већу од Сунца, али чија сјајност надмашује Сунчеву и до 1000 пута! Због тога се звезде-џинови (на пр. црвени суперџинови, попут Бетелгејза) налазе знатно изнад главног низа. Вангелисова музика у нумери Main Sequence хитро се трансформише из питомих у апокалиптичне ритмове, скачући из готово монотоних у хаотичне амбијенте, баш као и еволуција звезда у универзуму.

САГАНОВ „КОСМОС“

Недуго након што је Вангелис започео музичку револуцију у електронској музици, избацујући сваке године по једно ремек-дело инспирисано свемирским темама и будућношћу човечанства, догодила се још једна револуција – у популаризацији науке. Амерички астроном и научни комуникатор Карл Саган је у Пи-Би-Есовом серијалу Cosmos: A Personal Voyage у домове милиона људи унео нека од највећих отворених питања астрономске науке. Стваралачка кула Вангелиса и Сагана начињена је на заједничком темељу, свемиру, те стога не чуди како је Саган управо Вангелисову музику изабрао за насловну тему свог серијала. Преплитање нежних клавирских деоница са пулсирајућим тоновима драматичних заплета, савршено је осликавало незаборавне приче настале у колаборацији Сагана са Ен Драјан и Стивеном Сотером. Многи аналитичари и музички критичари назначили су да је успех Сагановог „Космоса“ дошао и због избора музике, при чему је сам Саган рекао да постоји само неколико особа на планети које знају да пренесу драматику свемира на човеку доступан медиј, те да је Вангелис један од њих. Поред насловне нумере, још неке Вангелисове композиције уткане су у Саганов пројекат. Пре свега, ту је Pulstar, динамична и виртуозна музичка прича о пулсарима, снажно намагнетисаним ротирајућим неутронским звездама. Пулсирајуће изворе радио-зрачења открила је крајем шездесетих година прошлог века Џослин Бел-Барнел, током рада на својој докторској тези на Кембриџу. Од тада до данас астрономи су идентификовали и анализирали велики број пулсара, а прва планета изван нашег Сунчевог система откривена је управо око једног пулсара. Увек актуелним темама, комуникацијом са световима изван Земље и опасности да човек уништи своју матичну планету, Вангелис ће се враћати неколико пута и на доцнијим албумима – неки од знаменитијих примера су Intergalactic Radio Station са албума Direct, као и славна Memories of Green, једна од најупечатљивијих филмских тема из такође култног филма Blade Runner.

Вангелисова машта и изванредна антиципација разних природних феномена, од којих су неки тек недавно научно потврђени, огледа се најбоље на примеру композиције Metallic Rain. По многима једна од најлепших електронских мелодија из друге половине осамдесетих година 20. века комуницира са слушаоцима композиторово виђење ноћне кише на далеким и узаврелим планетама. Иако настала давне 1988. године, ова тема се недавно актуелизовала након великог открића да је на вансоларној планети WASP-076b, удаљеној од нас 650 светлосних година, заиста могућа појава металних киша. Наиме, планета WASP-076b изложена је изузетно високом звезданом зрачењу, што резултира дневном температуром од преко 2000 степени Целзијуса. Научници су након многих анализа закључили да тако екстремним условима велика количина метала (на пример, гвожђа) испарава, стварајући егзопланетарну „металну кишу“.

ANTARCTICA

Две године након премијерног приказивања серијала Cosmos: A Personal Voyage, Вангелис је радио музику за филм мало познатог јапанског редитеља Курахаре. Иако је филм Antarctica био мотивисан истинитом сагом о спасавању научника са истраживачке станице на Јужном полу, као и једном од најдирљивијих прича о верности човека и пса, Вангелисова музика за овај јапански класик наводи на много шире разумевање мотива пријатељства и преживљавања у пустим, изолованим пределима каквих је космос препун. Најјужнији континент на нашој планети данас представља важну стратешку тачку за многа астрономска посматрања. Почевши од пројекта BICEP, који је за циљ имао да мапира микроталасно зрачење свемира, па до балон-телескопа BLAST, који је мерио стопу формирања звезда милиона галаксија у свемиру, Антарктик се испоставио као идеална територија за истраживање далеког свемира. То се, пре свега, односи на истраживање термалног зрачења масивних галаксија, последица интеракције густог, хладног гаса и великих честица прашине у њима. Један од најважнијих инструмената на Земљи који се и даље користи у сврхе истраживања термалног зрачења свемира је и велика антена пречника десет метара, названа South Pole Telescope, инсталирана у самом срцу Јужног пола. Помоћу ове антене можемо да региструјемо космичке сигнале (зрачење) далеко изван граница наших ограничених чула и стандардних, оптичких телескопа. Занимљиво, убрзо након завршетка рада на музици за Курахарин филм, Вангелис је објавио музички пројекат Invisible Connections, на чијем омоту доминира управо термална слика људских тела. Друга снажна веза белине залеђених боја Антарктика и астрономије огледа се у ономе што је Вангелис назвао „очување сећања“. Наиме, Јужни пол је због своје геологије и климе идеална територија за тражење и сакупљање метеорита, свемирских стена које носе важну информацију о раним стадијумима настанка структура у Сунчевом систему, те служе као својеврсни „архиватори свемирске прошлости“. До данас је пронађено око 45.000 метеорита на Антарктику, а планетарни геолози верују да више од 200.000 метеорита тек треба да буде пронађено у блиској будућности коришћењем софистицираних сателитских метода.

МУЗИКА ЗА ВЕЛИКЕ МИСИЈЕ НАСА И Е СА

Вангелисова непресушна жеља да геометрију свемира преточи у земаљску музику довела је до његове прве сарадње са америчком свемирском агенцијом НАСА. Године 1993. завршио је рад на компоновању албума за мисију 2001 Mars Odyssey. Албум под називом Mythodea: Music for NASA Mission два пута је свиран уживо, а сам Вангелис је албум прокоментарисао као својеврсну оду вечном трагању за коренима човековог постојања у свемиру, како са научног тако и са филозофског аспекта. Орбитер 2001 Mars Odyssey лансиран је 7. априла 2001. године, и успешно је ушао у Марсову орбиту шест месеци касније. Од тада, па све до данас, 2001 Mars Odyssey непрекидно шаље на Земљу научне информације о Марсовој атмосфери, планетарној геологији, поларним капама, као и мапирању водоника испод Марсове површине. Ова летелица је најдужа активна мисија на Марсу, а служи и као комуникациони релеј са, такође, још активним ровером Curiosity, ланисараним 2011. године.

Неочекиван сусрет који је Вангелиса мотивисао на стварање наредног албума за свемирске мисије, одиграо се 2004. године. Један од његових фанова, холандски физичар и астронаут Ерно Куијпер је контактирао Вангелиса директно преко линка Међународне свемирске станице. У дугом разговору који се водио на тему музике, свемира, филозофије („…и свега осталог“), Вангелис је био чврсто мотивисан да направи још један тематски албум за надолазећу кометарну мисију. Наиме, Европска свемирска агенција ЕСА је 2004. године започела једну од својих амбициознијих свемирских епопеја – мисију Rosetta. Мисија је имала два велика циља: први, да из непосредне близине анализира комету 67P/Churyumov–Gerasimenko у њеном кретању ка унутрашњости Сунчевог система; и други, да на комету, величине 4,1 x 4,3 km, постави робот-лендер Philae, који би на лицу места истраживао композицију овог малог небеског тела сачињеног од прашине и леда. Вангелис је био толико одушевљен мисијом, да је додатно компоновао неколико тема у знак захвалности свим научницима на свету који су мисију Rosetta учинили могућом. Албум који је носио исти назив као и ЕСА мисија, објављен је 2016. године и одмах је овенчан многобројним наградама и похвалама, и музичке критике и астрономске научне заједнице.

Мисија Rosetta донела је прегршт важних резултата истраживања, али и оставила велики залог будућим генерацијама научника и научница, јер ће бројни радови тек бити објављени наредних година и деценија. Једно од знаменитих открића мисије је велика разлика у изотопском потпису водене паре (измереном уделу изотопа деутеријума у водонику) у односу на онај који је измерен на Земљи. Другим речима, научници су закључили да је мало вероватно да је вода на нашој планети дошла након судара са кометом попут 67P/Churyumov–Gerasimenko. Један од спектакуларних снимака инструмента ОСИРИС са Rosetta-е је и директан увид у прашинасти прекривач површине комете, као и визуелизација космичких зрака који је константно бомбардују. Лендер Philae је слетео на тело комете, и иако је имао велике проблеме при слетању, успео је да пошаље вредне податке о њеној структури. Мисија Rosetta окончана је у септембру 2016. године спектакуларним сударом летелице са кометом. Непосредно након што се снажно зарила у тело комете, Rosetta је ка Земљи послала своје последње снимке.

Свој финални албум из 2021. године Вангелис је написао за свемирску мисију Juno, чији је реализатор НАСА. Свемирска летелица Juno (названа по истоименој богињи из римске митологије) тренутно се налази у орбити Јупитера где сакупља податке о планетском магнетном и гравитационом пољу, термалном зрачењу насталом у дубоким слојевима Јупитерове атмосфере, као и о односу водоника и кисеоника на планети. Осетљиви инструменти мисије Juno направљени су да пруже поуздане доказе о начину на који је настала највећа планета нашег Сунчевог система, као и да завире у густе облаке прашине и гаса Јупитерове атмосфере. Овај научни циљ је овековечен у једној од најефектнијих композиција са Вангелисовог албума – The Jupiter Vail of Clouds.

Вангелис није доживео да види окончање свих етапа мисије Juno које је, Оскаром овенчан композитор, верно озвучио у свом последњем стваралачком тријумфу. У једном од последњих разговора за портал Европске свемирске агенције рекао је: „Морамо да будемо храбри ако желимо да истражимо непознато. Због тога ме свемирске мисије толико одушевљавају. Моја музика је покушај да међу људима на Земљи појачам осећај важности оног што научници раде, а то је откривање свемира и обогаћивање знања. Скромно мислим да је то једини начин да наша планета има безбедну будућност.“

Овај текст је објављен у склопу колумне Орбитирање у 29. броју часописа Елементи.

Дарко Доневски је стипендиста италијанске владе у области космологије, у оквиру пројекта „Прашина у раном свемиру“. Докторирао је 2018. на Универзитету Aix-Marseille, у Француској, са темом „Еволуција далеких галаксија“. Као стипендиста, боравио је на институтима у Лајдену (Холандија) и Тулузу (Француска). Основне студије завршио је на Универзитету у Новом Саду. Стални је сарадник часописа Елементи.

Игра свемирских детектива

Почетак приче о „Џејмс Веб“ телескопу је сличан многим причама о великим астрономским открићима. Средином деведесетих година прошлог века, НАСА је, на крилима успешних резултата свог „Хабл“ телескопа, схватила да су свемирске опсерваторије кључне за астрономска истраживања. Разлога за то је било много. Први је био тај да са Земље није могуће сагледати цео спектар зрачења који објекти у свемиру емитују. Водена пара и угљен-диоксид у нашој атмосфери ефикасно заклањају велики део ултраљубичастих, х, гама и инфрацрвених зрака који емитују звезде и галаксије у универзуму. Да бисмо разумели колика је јачина тих зрачења, потребно је опсерваторије послати ван наше планете како би се ефекат атмосфере анулирао. Други разлог је био неумитна научна знатижеља. Астрономија је последње декаде 20. века доживела несвакидашњи напредак, број откривених галаксија надмашио је десетине милиона, а појавили су се и пионирски радови о планетама ван Сунчевог система, сугеришући да негде далеко, изван Земљиног блиског комшилука, можда постоји живот налик оном на њој. Пажљивим анализама физичких процеса у свемиру, научници су израчунали и да је свемир стар око 13,77 милијарди година. Недуго затим су увидели још једну важну ствар – број откривених галаксија које су формиране у изузетно раној историји свемира (на пример мање од милијарду година након Великог праска) статистички је безначајан, и не поклапа се довољно добро са теоријским предвиђањима.

Док читате овај текст, „Веб“ се, упакован у специјални контејнер, налази на једном од бродова који пролазе Панамским каналом и иде ка космодрому у Француској Гвајани.

Легендарни свемирски телескоп „Хабл“ дао је важне смернице у решавању овог космолошког проблема. Тако је настао један од најпознатијих примера потраге за неоткривеним и далеким галаксијама – чувено „Хаблово“ дубоко поље, малени регион чак 20 милиона пута мањи од површине небеске сфере! Сићушан део неба чинио се као неадекватни материјал за истраживање далеког космоса, поготово што на снимцима који су били начињени неким земаљским телескопима у том делу простора није било нити видљивих звезда, нити галаксија. Другим речима, деловало је узалудно тражити било шта у пољу које се чинило потпуно празно. Ипак, дуготрајно снимање те области „Хабл“ телескопом у видљивом делу електромагнетног спектра, открило је невероватне детаље који ће окренути нове странице историје науке у годинама које су долазиле. Мапе „Хабловог“ дубоког поља откриле су више од три хиљаде галаксија различите старости, удаљености, величине и облика! Неке од тих структура су показивале знаке скорашњих експлозија, друге су примећене како се међусобно сударају, док су неке биле ухваћене на самом крају свог еволутивног циклуса, незадрживо уклањајући сав преостали градивни материјал, свој хладан гас. Истраживачи су се запитали – ако се у тако малој запремини простора крију све те разнолике космичке структуре, каква нас тек изненађења чекају ако у свемир пошаљемо још моћнији телескоп? Мотивација да се „Џејмс Веб“ напокон заврши, додатно се појачала када су Паскал Оеш и Габријел Брамер 2016. године открили објекат за који се испоставило да је тренутно најдаља позната галаксија. Њена светлост је до телескопа путовала 13,4 милијарде година, што говори да је галаксија настала свега 400 милиона година након Великог праска. Научни тимови широм света верују да се овај рекорд у космичкој удаљености може срушити. За његово обарање, сагласни су, потребна је само једна „ситница“ – лансирање телескопа „Џејмс Веб“.

Поред чињенице да је „Хабл“ телескоп успео да идентификује неколико галаксија насталих у тако далеком космосу, данас такође знамо да наше разумевање њиховог настанка није потпуно. Разлог за то је био што је „Хабл“ телескоп конструисан да посматра таласе у видљивом и блиском инфрацрвеном делу спектра. Застанимо на тренутак и замислимо једну врло удаљену галаксију која емитује своје зрачење ка нама. Како се свемир убрзано шири, а самим тим и „развлачи“ дужину тог емитованог таласа, зрачење које до нас долази више није у истом делу спектра као кад је кренуло ка нама. Његова енергија опада, а таласна дужина се „растегљује“ више или мање, у зависности од удаљености тог објекта од нас. За веома далеке објекте, то „тегљење“ таласа иде од неколико стотина нанометара до неколико десетина микрометара. Говорећи језиком електромагнетне теорије, оно је из ултраљубичастог дела спектра померено ка средини инфрацрвеног дела спектра. Тај ефекат се у науци зове црвени помак. Уколико телескоп није опремљен камерама које могу да открију објекте са значајно великим црвеним помацима, врло је изгледно да ћемо пропустити несвакидашњу шансу да пронађемо неку од најдаљих галаксија у свемиру! Ту на сцену ступа „Џејмс Веб“. Не само да ће његове камере моћи да сниме опсег таласних дужина и до неколико десетина пута већи него у случају „Хабла“, већ ће и осетљивост и прецизност уређаја знатно надмашити „Хабловe“. Поврх тога, „Веб“ ће имати изузетно софистициране фотометријске и спектроскопске уређаје. Први ће бити задужени да снимају интензитет зрачења, док ће други бити задужени да нам дају одговоре на питање која хемијска једињења и елементи су одговорни за његов настанак. Склапањем те две врсте комплементарних података у једну целину, имаћемо прилику не само да сазнамо колико су милиони појединачних галаксија или звезда удаљени од нас, већ и од каквог материјала су сачињени! Ове драгоцене информације помоћи ће у схватању неколико отворених питања, међу којима су најважнија: где да тражимо воду ван Земље и како изгледају најстарије структуре настале у свемиру.

 „Џејмс Веб“ –од земаљске до ванземаљске епопеје

Када је НАСА одобрила његову изградњу, пре више од 20 година, „Веб“ телескоп је имао радни назив „Свемирски телескоп нове генерације“. Нимало инвентивно име замењено је са „Џејмс Веб“. Име је додељено у контроверзној дебати, у част готово анонимног чиновника НАСА који је био активан за време мисија Аполо, и који се залагао да се једног дана у свемир лансира велики оптички уређај који би снимао космос. Питање је да ли ће оно остати и крајње име телескопа, с обзиром на то да поново расте незадовољство научника овим избором. Првобитна процена је била да ће „Веб“ телескоп коштати око 400 милиона долара, а иницијални план је сугерисао лансирање почетком 2007. године! План је био нереалан!

Уколико телескоп није опремљен камерама које могу да открију објекте са значајно великим црвеним помацима, врло је изгледно да ћемо пропустити несвакидашњу шансу да пронађемо неку од најдаљих галаксија у свемиру! Ту на сцену ступа „Џејмс Веб“.

Сачињен од 18 комплексних, хексагоналних огледала од позлаћеног берилијума, која се механички склапају у један складан и гломазан оптички систем пречника 6,5 метара, „Џејмс Веб“ је све само не обичан телескоп. Брзо се увидело да менаџмент пројекта мора да се прилагођава скоковитим технолошким променама, те да ће буџет бити десетоструко већи од предвиђеног како би адекватно испратио сложеност нове свемирске опсерваторије. Најкритичнији период за судбину телескопа била је 2011. година. Тада је амерички Сенат гласао да се не одобре додатна средства за комплетирање телескопа, што је изазвало жестоку реакцију астрономске научне заједнице. Администрација је, под притиском, невољно променила своју одлуку током 2011. Занимљиво, али нису сви научни и научнопопуларни часописи благонаклоно гледали на овај исход. Тако је часопис Nature у једном од својих издања писао како „Телескоп ’Веб’ једе астрономију“, алудирајући на превелике трошкове којима је цео пројекат изложен. Чак ни тадашњи амерички председник Барак Обама није крио фрустрацију због спорости пројекта и његове нејасне користи. Изградња савремене и никад коришћене технологије која се први пут шаље у свемир, и која треба да служи човечанству бар десет година, није могла да протекне без снажне спољашње сарадње, чак и кад је у питању тако моћна организација као што је НАСА. Од самог почетка пројекта, у реализацију плана су биле укључене и Европска свемирска агенција (ESA), као и Свемирска агенција Канаде (CSA). Примера ради, Европа је пројекту допринела изградњом спектроскопских уређаја, обезбеђивањем ракете „Аријана 5“ која ће „Веб“ понети у орбиту, као и великим тимом научника који у центрима у Шпанији, Италији и Великој Британији припремају софтвере за обраду података. Заузврат, Европа је добила могућност да њени научници равноправно сарађују на пројекту са својим америчким колегама.

Шта након лансирања?

Процена је да ће, након лансирања, бити потребно скоро месец дана да телескоп дође у Лагранжову L2 тачку са које ће започети свој космички живот. Та крајња позиција, изабрана да буде дом „Веб“ телескопа у наредним годинама, удаљена је око 1,5 милиона километара од Земље. То је још једна разлика између „Хабл“ и „Веб“ телескопа. „Хабл“ се налази у орбити око Земље, на око 600 km далеко од нас, док ће „Веб“ бити позициониран у стационарној тачки на три пута већој удаљености. Када једном дође у своју крајњу, стабилну позицију, „Џејмс Веб“ телескоп ће отворити свој огромни сунцобран величине тениског терена (!), који ће инфрацрвене инструменте штитити од Сунчевог зрачења, обезбеђујући им приближно константну температуру рада на -233 степена Целзијуса! У Балтимору, центру америчке државе Мериленд, налази се главни центар целе мисије. Овај центар се бави регулисањем свих техничких детаља око самог телескопа, као и базама будућих података, њиховим коришћењем и симулацијама. Када „Веб“ буде почео да шаље своје прве пакете података ка компјутерима на Земљи, он ће врло брзо достићи све своје претходнике по количини информација послатим из свемира.

Процењује се да ће за само један сат посматрања „Веб“ генерисати 30 GB података. Подаци ће се из свемира дистрибуирати преко специјалне мреже назване NASA Deep Space Network. Посматрања свемира „Џејмс Веб“ телескопом биће и најскупљи пакет података у деценији пред нама. Због тога је доста тежак и пут који ће научници прећи, почевши од планирања својих пројеката и посматрања свемира, па до прелепих фотографија које ће „Веб“ послати и које ће свима бити доступне на интернету. Наиме, астрономи немају загарантовану могућност да приступе посматрањима на овом свемирском телескопу. Да би до те могућности дошли, морају да се такмиче. Баш као и у најквалитетнијим спортским надметањима, и у астрономији тимови научника сваке године конкуришу за време на савременим опсерваторијама како би добили могућност да реализују своја истраживања. Места, међутим, има само за мали број врхунских тимова, а тај број је још мањи када су у питању вишефункционални технички претраживачи космоса, попут „Веба“. Прошле године је отворен први конкурс за пројекте који предлажу коришћење телескопа „Џејмс Веб“. Пријавило се више од хиљаду тимова из целог света, од чега је тек сваки десети прихваћен. Они који буду имали шансу да телескопом „Веб“ посматрају свемирска пространства, имаће и једногодишње ексклузивно право на коришћење и објављивање прикупљених података. То даје предност тимовима да објаве резултате свог рада пре других. Након што истекне једногодишњи мораторијум, подаци са интерних пројеката више неће бити заштићени и биће пребачени на отворени сервер. Њима ће тада моћи да приступи свако, са било које тачке наше планете.

Револуција у науци: игра космичким перлама

У времену када је планиран, средином деведесетих година прошлог века, о „Вебу“ се причало као о митском инструменту који ће из темеља мењати схватање свемира доносећи нам прилику за нова знања кроз уплив најсавременије технологије. Двадесет година након тих великих речи, делује да очекивања нису умањена. Напротив! Ипак, да ли су она преоптимистична? Када покушавамо да дамо процену значаја неког инструмента за науку, не смемо га посматрати изоловано, већ у ширем контексту. То изискује да поменемо шта ће „Веб“ моћи да нам донесе у комбинацији са инструментима које већ користимо, како на Земљи тако и у свемиру. Основни научни циљеви који су постављени пред телескоп „Џејмс Веб“ могу се сврстати у две групе: (1) детекција светла које потиче са најдаљих звезда и галаксија у космосу; (2) подаци о пореклу живота. Ове циљеве има још неколицина активних уређаја који оперишу у другим деловима електромагнетног спектра. У претходним колумнама смо поменули те телескопе, од џиновске радио-области АЛМА у Чилеу, преко свемирских опсерваторија Чандра (која снима х-зраке из свемира), те Спицер и Хершел (који снимају инфрацрвене зраке из свемира), па све до будућих планетарних мисија на Марс и Венеру. Сви ови технички гиганти астрономије биће у служби научника при анализи и тумачењу првих података пристиглих са „Џејмсa Веба“. Теорија предвиђа да је од Великог праска до тренутка настанка првих звезда и галаксија протекло неколико фаза. Сматра се да је најпре потребно 400.000 година да првобитни облаци водониковог гаса колапсирају и почну да се удружују у грађењу већих формација. Због тога је и процењено да је за стварање најранијих звезда и галаксија требало да прође између 100 и 400 милиона година након Великог праска.

Ипак, у досадашњој историји астрономских посматрања, још ниједан научни тим није успео да директно утврди тачну временску границу. Разлог за то делимично лежи у техничким ограничењима, док је други разлог физичке природе. На пример, сматра се да су прве звезде у свемиру изузетно масивне, око 100 пута масивније него наше Сунце, али је њихов претпостављени животни век доста кратак, тек неколико милиона година (сетимо се да је Сунце тренутно старо око 4,5 милијарди година!). Тако масивне звезде свој кратак живот окончавају у експлозивним епизодама које се називају „парови нестабилних супернова“. Због своје велике удаљености они су тешко уочљиви било којим телескопом који је тренутно у употреби. Значај ових раних звезданих експлозија је многострук и управо су оне одговорне за обогаћивање простора тежим хемијским елементима чијим је каснијим удруживањем зачео органски живот.

Баш као и у најквалитетнијим спортским надметањима, и у астрономији тимови научника сваке године конкуришу за време на савременим опсерваторијама како би добили могућност да реализују своја истраживања. Места, међутим, има само за мали број врхунских тимова, а тај број је још мањи када су у питању вишефункционални технички претраживачи космоса, попут „Веба“.

Чињеница да је „Веб“ конструисан да досегне те ране експлозије и фонтане зрачења проистеклих из њих, говори у прилог тврдњама да је нова револуција у науци врло извесна. Историчари науке сагласни су да ће ово бити четврта астрономска револуција у последњих 100 година, чиме ова наука постаје јединствен пример по брзини свог развоја. Прва револуција се десила пре скоро 100 година, када је откривено ширење свемира. Друга је била повезана са сазнањем да то ширење није константно, већ се убрзава. Трећа револуција се десила пре пет година са открићем гравитационих таласа. С обзиром на чињеницу да је историја цивилизације јако млада у односу на историју космоса, узбудљиво је сазнање да ћемо бити сведоци још једне астрономске револуције у последњих неколико деценија – „Вебове“ игре космичким перлама.

Дарко Доневски је стипендиста италијанске владе у области космологије, у оквиру пројекта „Прашина у раном свемиру“. Докторирао је 2018. на Универзитету Aix-Marseille, у Француској, са темом „Еволуција далеких галаксија“. Као стипендиста, боравио је на институтима у Лајдену (Холандија) и Тулузу (Француска). Основне студије завршио је на Универзитету у Новом Саду. Стални је сарадник часописа Елементи.

Овај текст изворно је објављен у 26. броју часописа Елементи, у оквиру сталне рубрике Дарка Доневског Орбитирање.

За свемир астрономи говоре да је најдрагоценија лабораторија која нам омогућава да разумемо и оне објекте и појаве које не видимо сопственим очима. Један од таквих објеката је и црна рупа, егзотичан пример величанствене смрти најмасивнијих звезда у космосу. У модерним уџбеницима из астрономије записано је да када звездани извор џиновске масе скончава свој живот, дешава се да се та нагомилана материја под утицајем гравитације урушава толико снажно да ниједна сила у супротном смеру не може да заустави ту имплозију. Материја се урушава у неку замишљену тачку бесконачне густине коју називамо сингуларитет, а од некадашње звезде остаје само запис о неколико физичких параметара као што су маса, угаони моменат и укупно наелектрисање.

У исто време једноставан и вишеструко апстрактан, појам црних рупа и могућност њиховог постојања привлачио је деценијама не само научнике, већ и уметнике и многе друге заљубљенике у астрономију. Сам Роџер Пенроуз је једном описао свој давнашњи сусрет са великим уметником Ешером, који је, инспирисан Пенроузовим скицама у научним радовима, као и непрегледним могућностима плеса простора и времена у дубини мистериозне црне рупе, начинио нека од својих најупечатљивијих литографских дела. Интересантно је и да се често погрешно тумачи да у црној рупи нема светлости. Има је, и то веома много, али су сви ти фотони који преносе зрачење ухваћени, заробљени, и једном кад приђу довољно близу црној рупи, она их хвата својом великом гравитацијом и неповратно увлачи ка свом центру. За црну рупу астрономи често дефинишу и једну област која се помало поетски назива хоризонт догађаја – удаљеност на којој нестаје икаква могућност да директно видимо фрагменте те заробљене светлости. Строго формално посматрано, чинило се да се тиме завршава и било каква могућност да сазнамо било шта о постојању ових објеката. Срећом, астрономи су се потрудили да промене дискурс, покажу да је могуће уронити у геометрију невидљивог и тиме потврде оно што је италијански писац Итало Калвино једном написао: „Ниједан таман кутак у космосу не може да прође неосветљен људском имагинацијом!“

Оно што карактерише већину егзотичних феномена у свемиру јесте да је потребно много времена и пажљиво испланираних истраживања да би се прешао пут од њиховог теоријског предвиђања до коначне посматрачке потврде. Супермасивне црне рупе у галаксијама нису изузетак, напротив. Прича о постојању црних рупа заподенута је пре више од 100 година, у време када је Ајнштајн објавио своју општу теорију релативности, познату и као општа теорија гравитације. Ајнштајн је математичким формулама представио на који начин би гравитација и маса у свемиру требало да буду повезане. Један други научник по имену Карл Шварцшилд је, решавајући Ајнштајнове једначине, 1916. године закључио да оне дозвољавају постојање објеката бесконачне густине. У питању је управо сингуларитет црних рупа, поменут у уводу овог текста.

Дуго се мислило да је немогуће постојање тако тамних места у космосу са густо запакованом материјом, те су она производ одређених мањкавости у Ајнштајновим једначинама. Велики енглески астроном, Артур Едингтон, у својој књизи из 1926. године био је близу да и експлицитно помене постојање црних рупа написавши да би било „немогуће да велика видљива звезда попут Бетелгејза има огромну густину, јер би то значило да светлост (услед огромне гравитационе силе), не би могла да дође до нас“. Проблем постојања црних рупа је дуго теоријски сматран проблематичним, јер су теоретичари углавном давали решења једначина која важе у неком идеалном случају, али не и у стварном свемиру у којем се објекти и те како разликују по облику, величини, старости, маси… Како природа и свемир нису идеални, већ „само“ идеално несавршени, требало је чекати на решења Ајнштајнових једначина која важе у општем случају. То је пошло за руком Роџеру Пенроузу. Он је 1965. године схватио да је настанак црних рупа тригерован гравитационим колапсом велике материје на мали, коначни простор и да је та могућност директна последица Ајнштајнових једначина гравитације. Пенроуз је додатно показао да би у самом срцу црне рупе требало да се налази сингуларитет, то хипотетичко место бесконачне густине у ком закони познате физике престају да важе. У природи, процес који доводи до таквих егзотичних феномена дешава се када масивна звезда (рецимо она која има масу већу од 10 Сунчевих маса) остане без свог нуклеарног горива. Теорија је предвидела и да црне рупе нису све једнако масивне, те да и међу њима има значајних разлика. Најмасивније од свих су назване супермасивне црне рупе, јер садрже масу која може да износи неколико милиона маса нашег Сунца! Тако је Пенроузов резултат моментално отворио могућност да нас до блиског сусрета са црним рупама дели само један детаљ – требало је наћи начин да се лоцира њихово присуство и измери маса.

У потрази за супермасивним црним рупама у свемиру

Била је 1963. година када су астрономи првим великим радио-антенама детектовали један од изузетно бљештавих радио-објеката на небу. Пошто је на првим оптичким снимцима деловао налик замућеном, тачкастом објекту, назван је квазар (енг. quasy-stelar object), погрешно сматрајући да је реч о звезди. Интересантно је да је аутор тог првог рада о квазарима Мартен Шмит правилно претпоставио да у питању није блиска звезда у нашем Млечном путу, већ неки много даљи објекат у другој галаксији, удаљеној две милијарде светлосних година! Ипак, научна заједница је тада била веома скептична, одбацивши оригинални Шмитов закључак, питајући се (логично): „Ако је тај објекат тако далек, зашто је онда толико сјајан, зар светлост не би требало да бива уочена све слабија што је објекат даљи? Шта је то што подстиче његову бљештавост?“ Касније ће се испоставити да су квазари заправо изузетно масивни центри активних језгара далеких галаксија и да одају импринт постојања супермасивне црне рупе која генерише њихову грандиозну сјајност. Ипак, те 1963. године наука није знала за ову еволуциону повезаност, па је требало чекати још неколико година да астрономи закључе како такви сјајни и дугачки млазеви зрачења заправо исијавају честице које се крећу скоро светлосним брзинама. Средином седамдесетих година 20. века начињени су нови продори у разумевању квазара, па је њихова енормна енергија правилно повезана са постојањем централног, компактног и масивног извора – објекта који има све карактеристике супермасивне црне рупе!

Црне рупе је тешко лоцирати јер су изузетно малих величина. Интересантно, пре него што је супермасивна црна рупа откривевна у центру наше галаксије, њено присуство потврђено је још средином седамдесетих у другој галаксији. Астрономи Волф и Барбиџ су анализирали колико брзине звезда одступају од неке просечне вредности у центру џиновске елиптичне галаксије М87 која се налази 50 милиона светлосних година далеко од нас. Закључили су да хаотично и брзо кретање звезда може бити објашњено једино уколико се у центру галаксије налази супермасивна црна рупа масе од око милијарду сунаца.

Иако су током деценија слични резултати стизали и за неке друге галаксије, још се нису истраживале могућности да и у нашој галаксији лежи тај монструозни објекат. Разлог за такво размишљање чинио се, изнова, врло логичним. (Ето још једног примера како, наизглед сасвим логични и научно засновани закључци, не морају нужно да буду и крајње истине!) Наиме, у свемиру постоје различите врсте галаксија, и већина њих има релативно малу масу и малу стопу звезда које се формирају у току једне године. Због тога је доминирало мишљење да, и ако центре галаксија уопште и „насељавају“ супермасивне црне рупе, оне би требало да буду ексклузивно право једино најмасивнијих и најактивнијих галаксија, као што су елиптична галаксија М87 или далеки квазари. Супротно њима, наш Млечни пут спада у врло мирну галаксију која улази у завршну фазу свог еволутивог пута. Због тога се идеја о постојању џиновске црне рупе у центру Млечног пута дуго сматрала научно неутемељеном. Развој астрономије на радио-таласима учинио је да она поново буде ревидирана када су радио-антенама Грин Бенк, у Западној Вирџинији, астрономи уочили изузетно снажно радио-зрачење из центра Млечног пута. Тај извор је назван Sagittarius A* због тога што је лоциран у сазвежђу Стрелац (Sagittarius).

Да ли и Млечни пут има своју супермасивну црну рупу?

Почетком деведесетих година прошлог века на сцену ступају овогодишњи Нобелови лауреати, Рајнхард Генцел и Андреа Гез. И Генцел и Гез су имали исту идеју: пронаћи младе звезде довољно близу претпостављене позиције црне рупе и пратити њихово вишегодишње кретање. Другим речима, идеја је била да се добију подаци о маси централног објекта (црне рупе), на основу праћења других објеката који ротирају око ње (младих звезда). Оба тима морала су да превазиђу инструменталне недостатке тог времена и развију рафиниране технике посматрања, које би биле довољно прецизне да детектују кретање појединачних звезда у близини центра региона Sagittarius A*. У то време, Генцел је већ био познат астроном са сталном научном позицијом на Институту „Макс Планк“, док је Гез била тек млада докторка наука на почетку своје научне каријере. Овај податак је важан јер у веома компетитивним астрономским истраживањима млади научници обично немају привилегију да добију загарантовано време за посматрање на неким од великих телескопа, што њихове напоре чини много већим, а истраживање неизвеснијим. Тим Андрее Гез је успео да добије право коришћења џиновских телескопа Keck на Хавајима, док је Генцелов тим користио VLT телескоп у Чилеу. Оба тима посебну пажњу су посветила једној звезди, названој С2. Због свог специфичног орбиталног периода, ова звезда је била идеална мета да се, кроз израчунавање њеног периода ротације израчуна маса објекта око којег С2 обилази. Андреа Гез и он су користли различите технике посматрања у блиском инфрацрвеном делу електромагнетног спектра, које су показале колико је важно разумети емисију зрачења младих звезда и њену апсорпцију на честицама прашине да би се потврдило постојање црне рупе у центру Млечног пута.

Био је октобар 2002. године када је међународни тим истраживача предвођен Генцелом објавио анализу дугогодишњнег кретања звезде С2 показавши да је у центру наше галаксије највероватније црна рупа. Каснија истраживања оба тима су потврдила овај резултат. Применивши нов метод рачунања масе тог централног објекта, показано је да објекат у центру наше галаксије има масу од 4,1 милион Сунчевих маса, а да се непосредно око ње налази густо јато активних звезда, феномен који интригира астрофизичаре већ дуже време. Генцел је имао већи тим стручњака на располагању, такође имали су и загарантовано време на још неким великим телескопима на Земљи, тако да су нешто пре супарничког тима Андрее Гез развили технике израчунавања масе централне супермасивне црне рупе, и самим тим раније објавили своје резултате. Занимљиво је напоменути да је међу коауторима рада Gehz et al. 2008, који је одредио карактеристике црне рупе у центру наше галаксије праћењем орбита звезда, и наш астрофизичар, Самир Салим, који више од 20 година живи и ради у САД. Након великог успеха у мерењу масе црне рупе, Генцел је са својим тимом отишао и корак даље – добио је финансијску и техничку подршку за пројекат GRAVITY, систем од четири оптичка телескопа који заједно формирају једно виртуелно огледало од 130 m у пречнику. Циљ пројекта GRAVITY је да се присуство црне рупе потврди и детекцијом кружења огромног облака прашине и гаса којима се супермасивне црне рупе „хране“. Управо је рад објављен 2018. године показао да око центра Sagittarius A* више гасних „облачића“ ротира огромним брзинама, у прилог постојању црне рупе.

Иза завесе славом овенчаних истраживања, дешавала се друга борба. Иако се често потенцира како такмичење у науци подстиче убрзани развој квалитета, вишедеценијско надметање и притисак који оно намеће довели су до великих нетрпељивости између Гез и Генцел, као и чланова оба тима. Андреа Гез је на једној великој конференцији чак оптужила Генцелов тим да је лажирао резултате, док је Генцел у доцнијим интервјуима истицао како је Гезова, иако заслужна за истраживања црне рупе у центру наше галаксије, „незаслужено добила признања која би свакако требало да буду приписана само његовом тиму јер су они први дошли до резултата“. Колико је компетитивност између ова два тима прешла границе фер-плеја, потврдило је и недавно одбијање Рајнхарда Генцела да одржи кратак онлине семинар заједно са Андреом Гез. Овакав ток дешавања није изненадио астрономску научну јавност, али јесте довео до снажних реакција бројних научника који су изразили незадовољство начином на који се награда додељује у времену у ком доминирају велике колаборације, и у којем изразито фаворизовање једног научног лидера поприлично релативизује велики допринос осталих коаутора. Такође је истакнуто да добитници награде не би смели да користе медије и своју позицију како би дискредитовали рад других истраживача.

Овогодишњи добитници Нобелове награде остаће активни у областима које су окупирале њихову пажњу током претходних десетак година. Роџер Пенроуз је емеритус професор на Оксфорду и одавно се не бави мејнстрим науком. Последњих деценија посвећен је филозофским расправама на тему несавршености закона којим човек описује природу, а такође се бави и филозофским дебатама на тему људске подсвести. Андреа Гез је тек четврта жена од више од 200 добитника Нобелове награде за физику. Она је читаву истраживачку каријеру посветила астрофизичким феноменима у вези са орбитом звезда и њиховом еволуцијом, са циљем да боље разуме историју објеката у центрима галаксија попут наше. Она је вођа и групе истраживача на УКЛА, која планира да искористи будући телескоп „Џејмс Веб“ како би проникла у многе, досад невиђене, детаље звезданих система у другим галаксијама. Са друге стране, Генцел је једнако плодан аутор и у истраживању веома далеких галаксија и један од утемељивача нове области која се назива – модерна милиметарска астрононија. Осим што истражује шта се дешава у срцу Млечног пута, Генцел је велики допринос науци дао и у откривању гаса у удаљеним галаксијама користећи интерферометре. Управо је један од његових радова показао да и у далеком свемиру може да се пронађе галаксија која по својим физичким особинама личи на наш Млечни пут.

Истраживања црних рупа и њихове везе са процесом стварања звезда у галаксијама су једна од централних тема модерне астрономије. Управо је коришћење интерферометара, специјално дизајнираног система више радио-антена, кључно за будућност ових истраживања. Прошле године јавност је одушевљено гледала у први снимак сенке супермасивне црне рупе и њене околине детектоване у галаксији М87. Колико год била масивна, ову црну рупу није могао да сними чак ни највећи телескоп који постоји на Земљи, већ је то урађено комбинацијом радио и милиметарских телескопа који су названи Event Horizon Telescope пројекат. За разлику од супермасивне црне рупе у М87, „наша“ галактична црна рупа је релативно тиха и скривена, и без сумње, наредна мета пројекта Event Horizon Telescope. Припремите се!

Дарко Доневски је стипендиста италијанске владе у области космологије, у оквиру пројекта „Прашина у раном свемиру“. Докторирао је 2018. на Универзитету Aix-Marseille, у Француској, са темом „Еволуција далеких галаксија“. Као стипендиста, боравио је на институтима у Лајдену (Холандија) и Тулузу (Француска). Основне студије завршио је на Универзитету у Новом Саду. Стални је сарадник часописа Елементи.

Текст је изворно објављен у 23. броју часописа Елементи.

Седимо у просторији која је препуна старих научних књига и инструмената, уредно послаганих у елегантне дрвене витрине са стакленом заштитом. Професор Бери Бериш, амерички физичар, добитник Нобелове награде, допутовао је из Лос Анђелеса у Италију где ће одржати неколико научних предавања. Док чекамо фотографа, професор Бериш напомиње како у последње време има малу трему од интервјуа („Сад ме више сликају него раније, а ја на фотографијама увек имам овај оштар поглед.“). Пажљиво испитује антикварни радио-уређај који се налази на једној од полица. Дечачком радозналошћу загледа „Сонеберг“, који на себи има часовник. Ослушкује, као да очекује звук.

„Природу треба увек пажљиво ослушкивати“, каже. „Понекад, чини се да је звук који бисмо желели да чујемо неухватљив за наше жеље и могућности.“

Дуго времена, гравитациони таласи су представљали такав неухватљив сигнал. Професор Бери Бериш добио је Нобелову награду за физику 2017. године као један од тројице људи најзаслужнијих што је наука добила потврду о постојању гравитационих таласа. Нобелов комитет је препознао његов допринос у пионирском подухвату изградње детектора којим је први сигнал забележен. Вредно признање поделио је са својим колегама, Кипом Торном и Рајнером Вајсом.

„Из ове перспективе, имам осећај као да смо изградили велики музички уређај који не емитује музику. Али, тај уређај нас је научио како да чујемо тихе ствари. Ако смем да будем поетичан – научио нас је како да чујемо готово нечујни плес свемира. Детектовали смо неухватљиво!“, рекао је Бериш.

Професор Бери Бериш добио је Нобелову награду за физику 2017. године као један од тројице људи најзаслужнијих што је наука добила потврду о постојању гравитационих таласа. Нобелов комитет је препознао његов допринос у пионирском подухвату изградње детектора којим је први сигнал забележен. Вредно признање поделио је са својим колегама, Кипом Торном и Рајнером Вајсом.

Прича о гравитационим таласима започела је пре нешто више од 100 година. Алберт Ајнштајн је уздрмао научни свет новом теоријом коју је назвао Општа теорија гравитације, у којој је гравитација описана као спрезање простора и времена. Иза компликованих математичких једначина ова идеја давала је опис реалности који је излазио ван оквира ограничене перцепције света какав познајемо на Земљи. По Ајнштајновој теорији, било шта што има масу, неважно да ли је реч о мајушном електрону или супермасивној црној рупи, може да утиче на простор-временски континуум и услови свемир да на такво кретање одговори слањем гравитационог таласа. За оне који више воле романтичарске од математичких описа, могло би се рећи да се у свемиру непрекидно плеше танго. Сваки пут када два масивна објекта заплешу, они брзо прерасту у систем који као траг своје тренутне усхићености емитује талас гравитације. Ипак, свемир је непрегледно велик, а добре плесаче у њему није лако наћи. Један од начина да се до њих ипак дође јесте кроз потрагу за тим слабашним сигналом који је некада давно емитован у тренутку када су се два објекта приближавала један другом. Научници су схватили колико комплексан задатак имају пред собом, и педесетих година 20. века започела је потрага за гравитационим таласима. Требало је, најпре, направити инструмент који би сигнал ниског интензитета могао да детектује, а онда њим учинити оно што се чак и Ајнштајну чинило недостижним: непосредно ослушнути како свемир плеше.

Прва индиректна потврда постојања гравитационих таласа дошла је седамдесетих година када су астрономи Халс и Тејлор открили управо такав један плес назвавши га бинарни пулсар – две неутронске звезде орбитирале су око заједничког центра временом се приближавајући и емитујући зрачење једнако оном за које је Ајнштајн претпоставио да припада гравитационим таласима. Нови прозор у свемир чинио се извесним, остала је још само једна „ситница“ –гравитационе таласе је требало и директно детектовати.

Тада на сцену ступа једна од најважнијих научних колаборација у историји модерне науке. Са циљем да сниме сигнал гравитационих таласа, преко хиљаду научника удружило се у пројекат изградње специјалног система ласерских детектора названог LIGO (Laser Interferometry Gravitational Wave Observatory). Професор Бериш је на чело LIGO тима дошао 1994. Дипломац Универзитета Беркли у Калифорнији, специјализован за физику високоенергетских честица, био јесвестан да амбициозно замишљен план не може бити спроведен без проблема. Током година које су следиле, Бериш је радио све да сачува на окупу тако велики и хетерогени тим који је пролазио кроз тешку фазу након почетних неуспеха. Тог 14. септембра 2015. године, више од две деценије након што је LIGO започео своју мисију „ослушкивања свемира“, први пут је детектован сигнал гравитационих таласа. Пажљивом анализом установљено је да су га емитовале две масивне црне рупе које су „заплесале“ свемиром. Како је детекција била само прва у низу од неколико, научницима није било тешко да схвате како пред собом имају реалан сигнал, а не „артефакт“. Недуго након детекције тог првог сигнала, светска јавност је обавештена о огромном открићу. Данас, свега четири године након објављивања великог резултата, гравитациона астрономија је постала мејнстрим у светским оквирима. Научни институти се утркују у пројектовању још модернијих детектора који ће моћи да сниме и слабије сигнале од оних које је ухватио LIGO.

Дарко Доневски: Завршили сте докторат из физике честица и велики део каријере посветили сте експериментима са честицама, попут неутрина, који су, баш као и гравитациони таласи, дуго сматрани неухватљивим. Шта вас је привукло науци о гравитационим таласима?

Бери Бериш: Увек сам волео нешто да радим рукама. Ваљда сам због тога и отишао у експерименталне, а не у теоретске физичаре. Природа је човеку доступна на разне начине, али човек је тај који ту доступност мора некако да дефинише, да је пренесе другима. Тако су настале две велике и прелепе теорије којима физика описује природу. Једна теорија је у вези са тим како се честице понашају, и она се зове Физика честица. Друга теорија је она која говори о томе како се космос понаша као целина, и она се зове Општа теорија гравитације. Ова друга је позната и као Ајнштајнова општа теорија релативности. Те две теорије су заиста прелепе и комплементарне, али то су две теорије, а човек је такво биће да жели све да уједини у једну слику. Чак је и Ајнштајн стремио ка томе, али без успеха. Помислио сам, а мислим да сам тад већ био на основним студијама на Берклију, зашто не бисмо нешто урадили да приближимо те две ствари теоретичарима. Ушао сам у свет експеримената, и читавог живота мој научни задатак је био да детектујем сигнале. Знате, теоријска наука је често имала тај снисходљив и помало елитистички став према експериментаторима да су они ту само да буду продужена рука теоретичарима. Оно што би ваши млађи читаоци увек могли да имају на уму јесте да не постоји генијална идеја која је непроверива. Зато је дивно видети да су сви увидели колико наука мора да се заснива на интеракцији теорије и експеримената. Један од најлепших примера такве филозофије је ЦЕРН, научна лабораторија где се свет сићушних честица испитује до невиђених детаља, где на хиљаде људи ради са истим ентузијазмом као на почетку те целе приче старе 60 година. Ја сам почео да изучавам честице високих енергија током и након свог доктората, и то ме је заиста много занимало, као што ме и данас занима. Размишљајући о томе како би Ајнштајнова теорија и његово предвиђање гравитационих таласа могло експериментално да се провери, схватио сам да би до изражаја могли да дођу моје знање и искуство из изучавања неутрина, космичког зрачења и других честичних феномена. Знали смо који то објекти у свемиру могу да буду довољно масивни да произведу гравитационе таласе, нпр. црне рупе. Био је то крај седамдесетих година прошлог века, када су Рајнер Вајс и колеге смислили довољно ефикасан експеримент који би имао капацитет да сними гравитациони сигнал под претпоставком да је он емитован од две црне рупе које интерагују. Тада сам од колега сазнао да је у припреми џиновски ласерски интерферометар, и то ме је заинтересовало. Наравно, пре 40 година било је тешко замислити како ће се реализовати тако комплексан експеримент, али мислим да је управо та неизвесност била оно што ме је највише подстакло да кренем ка науци о гравитационим таласима. Пре мање од једног века ми смо о свемиру знали једино из визуелних посматрања. Данас тај исти свемир можемо да проучавамо гравитационим телескопима, а наша нова наука има и име – гравитациона астрономија. Леп је осећај створити нешто ново тих размера.

Медији су много писали о гравитационим таласима. Како бисмо нашим читаоцима објаснили значај овог открића, можете ли нам рећи зашто је детектовање гравитационих таласа један од кључних елемената за наше разумевање природе?

Важно је са неколико различитих аспеката. Прво, ми смо давно, још пре 300 година, добили један од најбољих принципа природе које је ико смислио. Наравно, говорим о Њутновом закону гравитације. Кад сам био студент, сећам се да су многе моје колеге желеле да измисле временску машину и врате се у прошлост како би могле да шпијунирају Њутна и сазнају како је он дошао до свих тих генијалних решења о природи (смех). Дакле, кад говоримо о Њутновом закону, све је деловало сасвим логично и јасно: тела се јаче привлаче ако су ближе и ако имају веће масе. Медији често погрешно пишу да је откриће гравитационих таласа показало да је Њутнов закон о гравитацији сада одбачен. Не, он је само допуњен напретком науке и новим идејама, рецимо Ајнштајновом идејом. Допуњен је на тај начин да сад знамо како у свемиру масивно тело може својом гравитацијом да закриви светлост. Ајнштајн је то предвидео пре 100 година, и срећа је да је један други велики научник, астроном Артур Едингтон, смело одлучио да први испита ту теорију. Ваши читаоци су можда читали о тој експедицији, за коју је он скупио новчана средства и отишао на удаљено острво у Африци како би посматрао помрачење Сунца које се десило 1919. године. Зашто је то његово летовање толико важно за науку, запитаћете се? Он је установио да Сунце својом гравитацијом закривљује светлост која долази са неке још даље звезде. Била је то прва потврда Ајнштајнове идеје о гравитацији. Онда су се десиле друге очекиване ствари – наиме, ако сте теоретичар и поставите неке смеле прогнозе, и ако се прва прогноза испостави као тачна, онда наука жели да провери и остале. И тако су разним експериментима почели да тестирају Ајнштајнову општу теорију релативности. Она је прошла све тестове на које је била стављена, сем једног. Тај неиспуњени тест били су гравитациони таласи. Са открићем гравитационих таласа наше разумевање природе је постало много јасније јер знамо да сад у потпуности можемо да користимо Ајнштајнову теорију као алат за предвиђање других ствари. Међутим, постоји и други разлог зашто су гравитациони таласи важни. Они нису део таласа које обично детектујемо у природи, попут електромагнетних таласа. За њих имамо могућност да их лакше уочимо телескопима, великим радио-антенама итд. Гравитациони таласи су последица пулсације свемира, потпуно апстрактна ствар која излази ван оквира наше интуиције.

Ми смо давно, још пре 300 година, добили један од најбољих принципа природе које је ико смислио. Наравно, говорим о Њутновом закону гравитације. Кад сам био студент, сећам се да су многе моје колеге желеле да измисле временску машину и врате се у прошлост како би могле да шпијунирају Њутна и сазнају како је он дошао до свих тих генијалних решења о природи.

– Бери Бериш

Колико је било тешко наћи почетна средства и започети рад на детектору у време када је чак и један од најпознатијих физичара 20. века, Ричард Фајнман, био скептичан по питању детекције гравитационих таласа?

Увек је тешко наћи новац за посматрање нечег што никад раније није било посматрано. Техничка реализација тог комплексног интерферометра је скупа. Први новац је добијен од војске, и таман када се спремала изградња детектора, пројекат је обустављен. Регуларно финансирање је покренуто седамдесетих, али фондације нису желеле да дају новац након 1989, под образложењем да систем унутар LIGO пројекта не функционише како треба, ни научно, ни организационо. LIGO је био пред гашењем. Ипак, рекао бих да је за гравитационе таласе била срећна околност то што је амерички национални фонд за науку био сачињен од разумних људи који су и сами били одлични научници, дакле не бирократе које би одмах рекле: „Не, никако вам не дамо новац, па да ли ви видите колико ово кошта!“ (смех).

Кип Торн (славни амерички теоретичар, поделио Нобелову награду са Беришом) предложио је људима са Калтеха да ја будем тај који ће доћи на чело LIGO тима, и ја се 1994. године нисам двоумио. Морам напоменути да је Кип Торн био најамбициознији у погледу успеха пројекта, он је и лобирао да се направи велики тим људи. Са техничке стране, ми смо доста рано схватили шта и како мора да буде направљено. Оно где је било проблема јесте сама организација колаборације. То је велики број физичара, различити људски карактери, различит ниво ентузијазма итд. Требало је, стога, проћи један трновит пут: прво убедити научну заједницу да гравитациони таласи заиста постоје, затим да се пронађу средства за прављење детектора који би могао да их детектује, а на крају, требало је бити мудар и помоћи колегама научницима да безболно закораче у јако неизвесну област истраживања. Знате, многи научници који се читав живот успешно баве једном научном тематиком, доживе поприличан стрес на помен могућности да промене домен истраживања.

Гравитациони таласи су детектовани, али, шта даље? Шта је најважнија будућа научна мета нове генерације опсерваторија које правите у сарадњи са другим државама?

Искрено, одговор је: не знам. Али, то није одговор који ваши читаоци желе да чују! Стога, рекао бих да је вероватно најузбудљивији циљ будућих испитивања гравитације повезан са тамном материјом, као и статистиком судара супермасивних црних рупа. Недавно су се појавиле теорије како би такав судар могао бити забележен паралелно и гравитационим телескопима, али и опсерваторијама које снимају х-зраке, и ми желимо да ујединимо ова два приступа и направимо један велики помак у том смеру. Видите, као младић сам доста читао, научнофантастичне приче Лавкрафта, Асимова… Они су маштали о томе како би било да човек може да забележи тренутак рађања целог космоса далеко у прошлости. Са гравитационом астрономијом ми идемо ка томе да ћемо можда ускоро детектовати остатке гравитационог зрачења тог рођења.

Пре ангажовања на пројекту детекције гравитационих таласа већ сте имали искуства са великим експериментима. Које значајно искуство из тих сарадњи сте пренели у пројекат LIGO?

Почетком осамдесетих година 20. века отишао сам са колегама да по тунелима северне Италије трагам за некаквим егзотичним честицама које се зову магнетни монополи. Било је то лепо искуство. Радили смо помало рударски посао. У популарној серији која се снима код нас у Калифорнији, и која се зове The Big Bang Theory, главни јунак такође има опсесију да нађе ту исту честицу. Ето, видите колико је то популарно, имам филмског колегу који ће то можда пронаћи пре мене (смех). Шалу на страну, радећи на том пројекту уочио сам један проблем – колаборација је била толико велика да је њена структура постајала много компликована. Када нешто радите, ви желите да структура буде што је једноставнија могућа. Када имате превише подструктура, онда информације спорије протичу међу сарадницима, и ствара се једна врста пасивности која није добра. Ја сам желео да то променим у LIGO колаборацији, и зато сам почео да убеђујем људе са Калтеха да смање улагање у бирократију, а да уложимо више у стручњаке ван САД. То се показало као потпуни успех, LIGO је достигао број од преко хиљаду научника, али смо успоставили баланс, у смислу да се сваки од њих осећа кao једнако важан члан тима. Можда звучи као тривијалност, али то је од суштинског значаја за успех који смо постигли.

Када имате превише подструктура, онда информације спорије протичу међу сарадницима, и ствара се једна врста пасивности која није добра. Ја сам желео да то променим у LIGO колаборацији, и зато сам почео да убеђујем људе са Калтеха да смање улагање у бирократију, а да уложимо више у стручњаке ван САД. То се показало као потпуни успех…

– Бери Бериш

Подсећа умногоме на организацију градње мостова?

Управо тако! Штавише, ја сам чак читао књиге и чланке о градњи мостова да бих схватио где процедура мора стриктно да се испоштује, а где постоје степени слободе. Научни тим мора да функционише као тим научника, или инжењера, а не као заседање политичког сената. Када сам схватио да је научна колаборација ништа друго до градња моста, и сам сам почео да се осећам као неко ко ужива гледајући како мост расте. Све је као и са мостовима – постоје временски рокови, постоје велики таласи који вам некад засметају, али када гледате како тај мост расте, заједно са осталим људима који мост граде, ви постајете свеснији значаја тога што радите.

Многи студенти понекад имају идеалистичку представу о томе шта је актуелна наука и шта значи бавити се науком. У свету академских истраживања често се чују критике да би научни ментори морали да показују више иницијативе и емпатије како би својим студентима представили како изгледа живот модерног научника. Ви сте у својим студентским данима пре одласка на докторат имали ментора који је такође добио Нобелову награду. Да ли сте од њега већ тад добили неки важан савет и сазнали како ће изгледати научни рад?

Не у потпуности, нажалост. Да кажемо вашим читаоцима да је професор ког сте поменули Овен Чемберлејн, који је добио Нобелову награду за откриће антипротона. Чемберлејн је био диван човек, велики хуманиста и борац за социјалну правду, борио се против рата у Вијетнаму. Задесило се да је он добио Нобелову награду баш кад је требало да ми посвети време, тако да од силне заузетости он није имао много времена за моја питања. Сретали смо се на ходницима, разговарали у паузама за кафу. Ипак, много ми је помогао на један други начин, обезбедивши ми неограничено време за боравак у најмодернијим лабораторијама и акцелераторима (уређаји који убрзавају честице). Од њега сам касније у животу научио како се треба борити за хуманост у науци и, све у свему, мислим да је он једна од најпозитивнијих личности модерне америчке науке. Посао научника је диван и тежак у исто време, и дужност свих нас је да ту реалност рефлектујемо на младе пре него што уплове у свет професионалних истраживања.

Познато је да сте велики љубитељ књижевности и једном сте изјавили како сте у младости читали све књиге Достојевског, Кафке, као и да сте обожавали књигу Моби Дик…

(Oдмахује руком, осмехује се) Не, не, Достојевског сам обожавао, читао сам доста и научну фантастику, али сам Мелвиловог Моби Дика презирао! Мислио сам да је то најдосаднија књига на свету. Колико сам могао са лакоћом да разумем свет подземља и психолошке профиле ликова из романа Достојевског, толико ништа нисам могао да разумем када сам први пут прочитао Моби Дика. Ја сам, иначе, у младости мислио да ћу се бавити књижевношћу. Одрастао сам близу Холивуда, и често сам смишљао кратке приче, бавио сам се storytelling-ом. Знате, тад су у Холивуд долазили разни велики писци како би покушали нешто да зараде. Ја сам себе замишљао као писца који пише сценарије за холивудске филмове и прича фантастичне приче. Уређивао сам и школски часопис, и касније на факултету сам то наставио да радим. Мој наставник књижевности ми је рекао да је Моби Дик класна епопеја, роман написан врхунским језиком, спона између нихилизма и оптимизма, ремек-дело америчке литературе. Помислио сам тада, ако је ово врхунски роман, онда ја заиста не разумем шта је књижевност. Наравно, заволео сам ту књигу јако брзо. Одговор на питање зашто сам је у почетку мрзео није тежак. Као петнаестогодишњак нисам знао шта је то метафора, а као што знате, Моби Дик је једна велика и предивна метафора. По мени је то роман о недодирљивости и освети. Цео један свет који се дешава изнутра, не баш као што се дешава јунацима у књигама Достојевског, али Моби Дик је свет који се отвара, поглавље по поглавље. Слично је и с науком, свако поглавље је књига за себе. Рецимо, чувена борба велике ајкуле и Ахаба, али испричана из угла ајкуле, по мени је вероватно најлепше поглавље у историји америчке књижевности. Читав тај еп о неухватљивости ми је био нејасан све док нисам књигу прочитао поново, када сам напунио тридесет година.

Са открићем гравитационих таласа наше разумевање природе је постало много јасније јер знамо да сад у потпуности можемо да користимо Ајнштајнову теорију као алат за предвиђање других ствари

– Бери Бериш

Можда можемо рећи и да је Моби Дик, у исто време, и прича о вечним људским лутањима у потрази за нечим непознатим, и да се током читаве књиге истиче мотив неухватљивости и узалудности. У време кад је објављена, ова књига није достигла велики публицитет и тек је много деценија након првог издања почела да бива препозната као једно од најзначајнијих дела написаних на енглеском језику. Како сте се осећали када сте кренули у то своје путовање ка нечему неухватљивом попут гравитационих таласа? Да ли сте имали бојазан да нећете успети, или да можда ваш рад и идеје неће бити препознате?

Интригантно питање… рекао бих да је одговор и ДА и НЕ. Најпре, лагао бих када бих рекао да се нисам плашио. Страх је био највећи када сам одлучио да из живота класичног научника који седи у канцеларији и решава проблеме у свемиру помоћу папира и оловке, постанем вођа пројекта који нешто треба да детектује. Аутоматски се јавио страх – шта ако ово није довољно добро?! Шта ако сензитивност уређаја није довољно висока, па пропустимо сигнал који нам је надохват руке? Мислим да сам имао и страх да не будем препознат у овом пољу, поготово што је тешко да добијете заслуге за све што радите ако се, поред науке, бавите и нечим другим, рецимо организацијом научних колаборација. Давно је прошло време научника који могу да открију велике ствари тако што изоловани седе у канцеларији и слушају само сопствене мисли. Моби Дик је у том смислу водиља – то је књига која говори да стално морамо да откривамо ствари, ма колико нам на путу тих открића стајале велике препреке, или ако хоћете – дубине великих мора. Са друге стране, могу да кажем да сам имао велики мотив и креативни импулс да борбу коју човек води да би разумео свемир пребацим у оквир технике. Тако је настао и интерферометар, тј. комбинација антена, којим смо детектовали таласе гравитације. То су те митске димензије борбе са природом, али и борбе са сопственим могућностима. Колико год да сам био уплашен шта све неизвесност доноси, толико сам био охрабрен да је она ништа друго до само један другачији пут. И додао бих: у свемиру имамо црне рупе и остале џинове, али немамо беле ајкуле. Свемир је, ипак, добронамеран.

Важан задатак научнопопуларних часописа попут Елемената је да свет науке учине доступним свима које занимају велика открића и велике научне идеје. Да ли мислите да је вештина научног писања и даље запостављена у природним наукама?

Апсолутно! То је врло изражено последњих година, рецимо у САД, где је очигледан недостатак квалитетних и инспиративних текстова који причају о науци из пера самог научника. Ја заговарам становиште да врхунски научник мора да буде и врхунски писац, не само у домену техничког научног језика, већ и у домену storytelling-а. Ми немамо много таквих људи, самим тим ни много таквих текстова, а још мање је великих новинских компанија које и даље имају сталну научну рубрику. „Њујорк тајмс“ је, чини ми се, једини који и даље негује ту традицију, и труди се да не запостави важне научне вести. Ово је универзална ствар, не само када су у питању САД, већ и када говоримо о државама попут ваше, које економски не могу да парирају водећим научним силама. Као што сам рекао раније, ја сам у младости желео да се активно бавим писањем. Када се догодила детекција гравитационих таласа, рекао сам сарадницима да хоћу да будем тај који ће да напише увод у наш научни рад којим смо презентовали откриће. Увод у тако комплексну тему не можете да одрадите као да одрађујете редовни час теоријске физике, исписивањем бескрајних једначина. То мора да буде прича испричана на једној јединој страници. Читалац мора да буде охрабрен да се чак и открића која померају границе нашег разумевања природе могу представити на једној страници. Можда бих једино Мелвилу (аутору књиге Моби Дик) дозволио да напише рад на 500 страница (смех). Он би то добро урадио.

Професоре Бериш, хвала вам на овом разговору и причама које сте поделили са нама. Надам се да ћемо наредних година бити сведоци још већег продора у истраживању раног свемира.

Хвала на труду који улажете да читаоцима у Србији приређујете овако леп и користан часопис. Податак да ће људи у вашој земљи читати о томе шта се дешава у пољу гравитационе астрономије даје нам мотив да још вредније радимо на будућим пројектима. Можда овај разговор подстакне неког студента да у блиској будућности постане и члан нашег тима.

Дарко Доневски је стипендиста италијанске владе у области космологије, у оквиру пројекта „Прашина у раном свемиру“.  Докторирао је 2018. на Универзитету Aix-Marseille, у Француској, са темом „Еволуција далеких галаксија“. Као стипендиста, боравио је на институтима у Лајдену (Холандија) и Тулузу (Француска). Основне студије завршио је на Универзитету у Новом Саду. Стални је сарадник часописа Елементи

Интервју је изворно објављен у 20. броју часописа Елементи.

Текст: Дарко Доневски

Иако није било кише те намибијске ноћи, импровизовано насеље натапали су гласови. Група астронома, биолога и локалних знатижељних студената након научно-едукативног семинара организованог у главном граду Виндхуку, одлучила је да оде ка западу земље. Модерни номади (неки од нас су то постали први пут у животу) из шатора смештеног на ободу пустиње чекали су на афричко ноћно небо. Гледање ноћног неба у потрази за звездама једно је од најуниверзалнијих људских искустава које превазилази све религијске, језичке и географске границе. Упознавање људи приликом путешествија по ноћном небу привилегија је коју морамо да поштујемо, користимо и пажљиво забележимо.

Мишел је родом из Конга и каже да је једина међу нама која није мислила да ће своју посету Намибији завршити као астроном јер је занимају гориле и све у вези са њиховим животом.

На афричком континенту ствари се, као и у свемиру, дешавају неједнаком брзином, а неке од најмногољуднијих земаља имају велики проблем са неписменошћу и мањком високообразованих становника. Намибијци у шали кажу да се афричка наука често креће спорије од пустињског каравана. Проблем не заобилази ни неке мање земље које су прошле политички тешка времена и покушавају да инвестирањем у образовање и технолошке иновације достигну ниво оних напреднијих. Међутим, нови значајни пројекти наговестили су да би многе афричке државе могле убрзано да развију своју науку, нарочито астрономију.

„То нису људи у колоритним војним оделима, то су они који праве космички звук!“, гласио је поднаслов у локалним новинама на вест да се у Африци гради један од технички најкомплекснијих научних апарата, SKA радио-телескоп. 

Док седимо под афричким небом, разговор одлази далеко изван оквира сувопарних академских дискусија. Иако и даље загледани у звезде, све више постајемо загледани у приче које бисмо могли да чујемо једни од других. Те приче су ту, уз земљу, надохват свачије руке, као песак. Намибијци кажу да је свемир слобода, и да је управо Африка, односно њен југ, најбоље место да се та слобода истражује.

„Многи кажу за Африканце да нису цивилизовани као Европљани. Али цивилизован би у преводу значило слободан грађанин. Према тој логици, ко је слободнији данас од нас овде у Намибији? Ми смо мирољубива земља, отворена за свакога“, говоре.

Објашњавају ми да они у својој држави имају структуру која може да функционише сасвим складно и по свачијим потребама. Имају велика очекивања од будућности. Замолили су Бруса, мог колегу из Кејптауна, и мене да одржимо мало предавање о структурама у свемиру. Показујемо на импровизованом платну како се свемир шири. Затегли смо Брусов дугачак свилени шал по ћошковима и тресемо га горе-доле правећи од њега таласну машину.

„Видите ове наборе на чаршаву, то је простор-време, то је универзум. Ништа није савршено симетрично иако тако изгледа, све је распоређено по правилима која још не знамо. Зато овде у Намибији имамо телескоп за детекцију гама честица, најбржих и најенергетскијих експлозија које можете да замислите. Зато ће ускоро и радио-телескоп да проради у Африци, како бисмо чули и видели радио-таласе из свемира“, објашњавамо иако ни сами немамо комплетну представу шта све са овим сазнањем може да се уради у будућности. Могућности су непрегледне попут комбинација шара на марамама. Мишел посипа зрнца песка на Брусов шал, на тај наш пустињски свемир. Зрнца се расипају наоколо, Мишел помало зачуђено гледа:

„Али где она одлете када се свемир овако јако заталаса?“

„Не одлете, у центрима се налазе објекти који су огромни, масивни, привлаче та зрнца и заувек их држе у систему“, одговарају углас остали студенти.

„Мора да је звук таквих таласа најлепши који постоји?“, упитала је.

„То је вишак богатства свемира који се претвори у зрачења која детектујемо.“

„Али ми наше богатство не пребројавамо. Бар то није у традицији мог племена“, одговара Френк, рођени Намибијац.

Објашњавају нам да, на пример, жене из племена Хереро носе традиционалну европску одећу као манифестацију колонијалног периода у Намибији. „То је само одећа“, подвлачи Френк, „али симбол који она представља одаје веома јаке границе између неких људи.“ Прича нам такође о Химбама и Дамарама. Химбе су старо племе које живи у западној Намибији. Ритуално поштовање пустиње и могућности да поведу живот у њој стална је почетна тачка њихових путовања.

Дамаре су, попут галаксија које се удружујући са суседним структурама стопе и промене своју оригиналну боју и сјај, много више прилагођене модерном стилу живота него Химбе. Кажу да племе Дамара прави најлепшу ватру од свих намибијских племена, користећи искључиво песак и дрвене штапиће. Сличне ствари праве и галаксије током свог живота, с тим што њихова огњишта не можемо да посматрамо ако су превише далеко од наших очију, већ само видимо остатке њихових давних активности. Дамаре су управо то – реликти неког давног живота, данас прилагођеног модерном добу. Химбе су другачија прича. Племе је остало ван утицаја трендова и живе традиционално. Номади су, путују пустињом мењајући своја села. Носе традиционалне огрлице направљене од нојевих јаја, траве и тканине. Бакарни додаци премазани су машћи и угурани у кожу како би јој дали узвишени, истинско пустињски сјај.

„Велика група њих на једном месту изгледала би као једна од тих црвених галаксија које сте нам показали“, коментаришу весело. „Једно од племена за себе каже да је настало тако што је запечено црвено блато оживело након првог изласка Сунца. Ако треба да верујемо у приче из наше традиције, мислим да је то једно од најлепших веровања.“

Намибијски студенти пуштају песме Раса Шихама, популарног локалног музичара. Из ових песама сазнајемо шта је ова земља била, шта је сада и шта ће бити. Баш као што раде астрономи истражујући галаксије.

„Чујеш топлину? Не требају вам монитори за то!“, рекао је Френк.

Коментаришемо колико рационалних и ирационалних активности може да се обави боравећи само једну ноћ на оваквом месту. Мишел каже да управо Намибију може да упореди са свемиром – много лепоте и много празнине. Не видиш ниједан аутомобил нити мотоцикл сатима, али осећаш да тај простор око тебе дише. И док тако опуштено очекујеш да постанеш најбитнија тачка сопственог универзума, наслоњен на своје мисли и битност у датом тренутку, изненада пред тобом пут прелази један масивни намибијски слон. Мали подсетник да смо ми људи само мале и лагане галаксије овог великог система и да нека правила морамо да поштујемо. Нарочито закон гравитације.

Мада су јој богатство култура и топлина људи у Намибији пријали, Мишел ипак не планира да се, попут мојих домаћина, настани у овој земљи након студија. Превише воли свој Конго иако су у њему турбулентна времена већ деценијама. Од малена се спрема да ради са горилама, још као средњошколка учила је и волонтирала, а ускоро намерава да се придружи екипи у Националном парку Вирунга.

„Није ме страх ако мој живот буде био угрожен док будем штитила гориле. Имала бих већи страх да радим у неком од рудника као моји пријатељи или да будем астронауткиња. Уплаши ме, иначе привлачно сазнање да је цео свемир смештен у компјутерима које носите са собом на овом путовању. Али како је онима који морају да оду малим свемирским капсулама горе изнад Земље, да је виде из далека? Како ће бити онима што одлуче да иду на Марс? У тим кабинама нема живота за који знам. Из куће се у мом родном месту излази директно у џунглу. Уплашила бих се простора који у себи не крије водопаде, вулкане или пустињу. Уплашила бих се да видим Африку из толике даљине. Али, гориле – то је нешто сасвим друго. Ми смо имали заједничке претке. Бака ми је чак причала да дугује живот једној горили. Слушала сам професора из Јужне Африке када је причао да штитећи гориле заправо штитимо знање о сопственом животу и еволуцији. Рекао је да су се гени одговорни за развој чула слуха развили истовремено код горила и људи. Можда не бисмо на исти начин слушали ове пустињске звуке или свемирске радио-таласе да није било тога.“

Хитро извлачи своју камеру из торбе – на снимку је мужјак планинске гориле, поносно гледа у свог сниматеља. Узбуђено и весело скаче, осећам како са њим поскакује и Мишелина камера. 

„Али не чује се никакав звук!“, говоримо у глас. „Шта је то?“

„То је звук живота, чујеш га? Играј!“

Након овог разговора вођеног пре четири године, још неколико афричких земаља је отворило своје радио-опсерваторије, а пре свих Гана. У Намибији телескоп за гама таласе, HESS, вредно прикупља податке о зрачењу у центру блиских галаксија. Радио-астрономи узбуђено чекају прву фазу великог радио-телескопског пројекта SKA, чији је циљ да анализира најмлађе галаксије у свемиру. Нажалост, са друге стране Африке, у Конгу, у протеклих неколико недеља убијено је више десетина недужних ренџера Вирунге који штите животиње од организованих мафијашких група потпомогнутих паравојним трупама. Национални парк константно спроводи кампању за прикупљање помоћи која је неопходна за реализацију њихових активности. Једна од њих је одржана на протеклом лондонском маратону. За лепше вести из џунгле побринуле су се гориле. Први пут након неколико деценија број планинских горила је порастао на више од 1000 јединки. Најстарији међу њима, Попи, званично је почетком јуна напунио 42 године. Љубитељима Аутостоперскг водича кроз галаксију овај број ће свакако бити веома битан.

Мама каже да ће телескоп Хабл добити млађег брата,

али њу не разумемо ни ја ни мој тата. Кажи ми, Себ, шта је то Џејмс Веб?

Двадесет осам година има како Хабл непрекидно свемир снима,

али да бисмо разумели ситне детаље неба, Хаблу сада помоћ треба.

Он снима дубоки свемир и фотографије нам шаље

о галаксијама које су од нас далеко… најдаље.

Али, астрономе тренутно највише брине колико има свемирске прашине.

Зато нам треба телескоп од Хабла још већи – џиновско огледало, такорећи,

који ће бити изнад Земље високо, и имати инфрацрвено око.

Не разумем те баш начисто, зар није свачије око исто? Мало сам поспана, па ми логика касни, молим те, боље ми ово објасни!

Да бисмо истражили галаксије, њихов почетак и крај, треба да разумемо какав им је сјај.

Све галаксије светлост зраче, неке слабије, а неке јаче.

Многе од њих су стидљиве,

сакриле су се иза облака прашине, па су нашим очима невидљиве.

Оне се близу једна друге гнезде, у њима живе најмлађе и најсјајније звезде.

Милион таквих галаксија космосом лута, далеко од дворишта нашег Млечног пута.

Њихово постојање, где год их има, Џејмс Веб телескоп ће ускоро да снима!

Али, ако је очима не видимо својим, како знамо да галаксија постоји?

Далеких галаксија скривену лепоту, откривамо снимајући њихову топлоту.

Као када лети изађеш из куће, ти не видиш зраке, ал’ знаш ”баш је вруће”.

У галаксијама младе звезде брину како да загреју космичку прашину.

Мислим да је ова тема јасна мени – кад загревам шећер, он се зарумени.

Тако је. Да бисмо остварили ту намеру, на Џејмс Веб смо уградили термалну камеру.

Његово огледало чак од твоје собе је веће, много зрака на њега моћи ће да слеће.

Те сигнале, даље, систем ће у компјутере да шаље.

А затим ћемо на екрану да видимо свемирску слику складну – црвена боја за топлу галаксију, а плава боја за хладну.

Шта се догоди након што се галаксија роди? Да ли живот живи сама, или има пријатеље, као тата и мама?

Међу астрономима приче круже да многе галаксије воле да се друже.

А када су близу, услед гравитацијског дејства, настају нека доживотна пријатељства.

Мене ипак мало брине – како огромни телескоп одлети до те висине?

Да бисмо телескоп послали на крајњу мету, морамо да га ставимо на носећу ракету.

Најбоља од свих њему ће помоћи да угледа нови свет – њено име је Аријана 5.

Кад је лети вруће, нас децу из зграде ставе под два прелепа брезова дрвета да нас хладе. Телескоп кад се вине, како се штити од сунчеве врућине?

Да без страха од врућине свемир снима сваки дан, Џејмс Веб ће са собом да понесе сунцобран.

Текст: Дарко Доневски

Међународни тим истраживача, који предводи Џуд Боуман са Државног универзитета Аризоне, објавио је рад о детекцији сигнала потеклог од најстаријих звезда у универзуму. Уколико се у бликској будућности овај сигнал потврди и неким другим независним експериментом, биће то први пут да је човечанство завирило у историју епохе у којој су прве звезде почеле да настају. Такође, ово откриће има још један важан аспект – његово прво тумачење сугерише да су честице тамне материје много лакше него што су теоретичари мислили.

Где се крију велика питања?

Како би описали глобалне карактеристике универзума, астрономи су током последњих деценија користили највеће светске телескопе и пажљиво прикупљали податке да што боље тестирају тренутно важећу теорију настанка и развоја свемира – теорију Великог праска. Ова теорија, између осталог, објашњава како је универзум почео да се шири из почетног стања високе густине и температуре, док у исто време предвиђа и низ физичких феномена попут космичког позадинског зрачења, стварања првих лаких хемијских елемената, стварања структура галактичких јата и суперјата. 

Детаљним мерењима ширења свемира израчунато је да је он започео своју историју у сингуларности познатој под именом Велики прасак пре 13,78 милијарди година. Неколико открића потврдило је сценарио Великог праска, а за њих су додељене Нобелове награде. Тако је прошле године Нобелова награда додељена за откриће гравитационих таласа. 

Развој свемира од његовог настанка до данас протиче кроз различите еволутивне фазе које су предвиђене управо стандардним космолошким моделом оличеним у имену теорије Великог праска. Неке од њених најважнијих претпоставки су и експериментално потврђене. На пример, први атоми водоника и хелијума формирани су када су екстремне температуре и густине почеле да опадају око 380.000 година након Великог праска. 

Процес формирања атома условио је емитовање зрачења познатог под именом космичка микроталасна позадина (космичка јер је њен узрок сам свемир, микроталасна због области електромагнетног спектра у ком је снимљена и позадина јер долази из свих праваца, а не само из једног доминантног извора). Космичка микроталасна позадина је један од најзначајнијих елемената свемира који научницима омогућава увид у сићушне флуктуације густине које су се десиле у најдаљој прошлости. 

Ово зрачење је телескопима са Земље снимљено 1964. године, а научницима који су га први регистровали донело је Нобелову награду за физику 1978. године. Касније су у свемир са Земље лансирани савремени телескопи WMAP и Planck, који су мапу позадинског микроталасног зрачења снимили детаљно. Детаљне мапе су неопходне како би се закључило да универзум није идеално изотропан, већ на малим скалама одступа од „идеалног“. Због свега наведеног данас можемо да дамо општи одговор на питање шта је иницирало стварање структура попут галаксија или галактичких јата.

Значај епохе рејонизације

Након времена првог космичког зрачења, наступио је период који се међу астрономима помало шаљиво назива „Мрачно доба“. Температура космичког микроталасног зрачења нагло је опала са 40.000 на свега 59 Келвина, универзум је постао неутралан, а интензитет било ког јачег зрачења апсорбовао је околни атомски гас. Када се Мрачно доба делимично завршило, универзум је био стар око 150 милиона година. Након тога је уследила епоха рејонизације, коју многи научници називају поетским термином „космичко праскозорје“.

У овом периоду је материја полако почела да се сажима услед гравитације стварајући прве звезде, галаксије и квазаре. Епоха рејонизације тако је названа јер је зрачење које је проистекло из тих првих струкутра, на пример звезда, јонизовало неутрални водоник. Тачан механизам настанка и природа епохе рејонизације нису детаљније истражени, пре свега зато што се слабашно зрачење из тог доба не може једноставно детектовати ни највећим телескопима. 

С обзиром на то да је космос постао транспарентан, светлост удаљених обејката астрономи данас могу да детектују на различитим таласним дужинама, али пре свега у инфрацрвеном и радио делу спектра. Многи радио-инструменти направљени су претходних година у сврху откривања ове етапе развоја свемира. Радио-телескопи, попут Murchison у Аустралији или LOFAR у Европи, имају циљ да детектују апсорпциони сигнал таласне дужине 21 центиметар. Ова таласна дужина одговара такозваном хиперфином прелазу атомског водоника. Линија водоника на 21 центиметар не може настати ни од једног извора који постоји на Земљи, што повезује њено порекло искључиво са условима који владају у околном свемиру. Зато је мапирање водоника у доба рејонизације кључно за разумевање првих звезда и галаксија.

Пројекат EDGES

Фантастично откриће које помера границе разумевања раног свемира објављено је у часопису Nature. Астрономи који раде на пројекту EDGES (Experiment to Detect the Global Epoch of Reionization Signature) тврде да су детектовали отисак микроталасног зрачења које је у епохи рејонизације апсорбовао водоник. Водоник је директни пратилац процеса формирања звезда па се због тога оправдано сматра да је наука први пут досегла светлост најстаријих звезда. 

Пошто чак ни најмоћнији оптички телескопи још не могу директно да открију звезде из доба рејонизације, истраживачи су се у овом случају послужили другом техником – за детекцију су искористили мало познати систем три радио-антене у пустињском делу западне Аустралије. Сигнал је детектован на 79 мегахерца, што спада у веома ниске радио-фреквенције. Примера ради, најчешће коришћене радио-фреквенције за детекцију локалних галаксија су између 1 и 8 гигахерца.

Ово откриће донело је још једно изненађење. Јачина апсорпције је двапут већа од теоријски претпостављене вредности што указује да је водоник знанто хладнији него што модели предвиђају. Измерена температура космоса у том периоду је 3 Келвина (-270 степени Целзијуса) што указује на могућност да је гас изгубио своју топлоту размењујући је са околним, хладнијим медијумом. Једина ствар коју теорија Великог праска поред водоника предвиђа у том раздобљу јесте тамна материја. То практично значи да космологија базирана на детекцији атомског водоника у раном свемиру може послужити као проба стања тамне материје.

Шта даље?

Сваки резултат на овако високом нивоу треба бити схваћен као јака индикација, али никако као дефинитивна потврда. Да би се ово десило, неопходно је да се сигнал независно потврди још неким експериментом. Док се то не деси, многи експерти, попут Арона Парсона са Универзитета Беркли, пословично су скептични према резултатима које је тим из Аризоне објавио. Њихова бојазан у вези је са чињеницом да је тако слаб сигнал могао бити појачан и неким ефектом проистеклим из локалног свемирског окружења, а не нужно из епохе рејонизације.

У сваком случају, ово значајно откриће могло би да отвори нов прозор у разумевању физике најранијег свемира и да тестира многе теорије које се баве питањем шта је заправо тамна материја. Последњих година сведоци смо да се астрономија издваја као наука у којој је објављено неколико епохалних открића од гравитационих таласа, који су довели до рађања нове научне дисциплине – гравитационе астрономије, и најудаљенијих прашинастих галаксија, па све до детекције потенцијално хабитабилних планета и првог међузвезданог објекта који је „упловио“ у наш систем. Изгледа да се овој групи придружила и астрономија епохе рејонизације.