Εισαγωγή
Είναι γνωστό ότι τίποτα δεν μπορεί να ταξιδέψει ταχύτερα απ’ το φως. Όμως, η σύγχρονη Κοσμολογία έχει αποκαλύψει κάτι που μοιάζει παράδοξο: υπάρχουν γαλαξίες που απομακρύνονται από εμάς με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτή του φωτός! Πώς είναι δυνατόν να συμβαίνει κάτι τέτοιο; Η λύση του αινίγματος βρίσκεται στην ίδια τη διαστολή του Σύμπαντος.
Η Παράμετρος του Hubble και η Διαστολή του Σύμπαντος
Η πρώτη ένδειξη ότι το Σύμπαν διαστέλλεται ήρθε κατά τη δεκαετία του 1920. Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι, αν εξαιρέσουμε κάποιους κοντινούς γαλαξίες, σχεδόν όλοι οι μακρινοί γαλαξίες απομακρύνονται από εμάς. Μάλιστα διαπιστώθηκε ότι όσο πιο μακριά βρίσκεται ένας γαλαξίας, τόσο πιο γρήγορα απομακρύνεται. Έτσι καταλάβαμε ότι το σύμπαν διαστέλλεται σαν ένα μπαλόνι που φουσκώνει διαρκώς.
Συχνά, λοιπόν, ακούγεται το ερώτημα, «με τι ταχύτητα διαστέλλεται το σύμπαν;» Όμως, αυτή η ερώτηση δεν μπορεί να απαντηθεί με μία φράση, διότι το Σύμπαν δεν διαστέλλεται με μια συγκεκριμένη ταχύτητα. Η ταχύτητα απομάκρυνσης των γαλαξιών εξαρτάται από το πόσο πολύ απέχουν μεταξύ τους, δηλαδή πόσος χώρος υπάρχει ανάμεσά τους.
Για να το καταλάβουμε αυτό, θα χρειαστούμε τη λεγόμενη παράμετρο ή σταθερά του Hubble. Η παράμετρος του Hubble εκφράζει τον ρυθμό με τον οποίο διαστέλλεται το σύμπαν και με τη βοήθειά της μπορούμε να υπολογίσουμε πόσο γρήγορα απομακρύνονται δυο γαλαξίες μεταξύ τους.
Οι παρατηρήσεις μας σήμερα δίνουν μια τιμή 70 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο για κάθε 1 megaparsec, όπου το 1 megaparsec είναι μονάδα απόστασης ίση με 3,26 εκατομμύρια έτη φωτός. Άρα, με απλά λόγια, αυτό σημαίνει πως αν δυο γαλαξίες απέχουν 3,26 εκατομμύρια έτη φωτός, η ταχύτητα απομάκρυνσής τους θα είναι 70 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Αν δύο γαλαξίες απέχουν διπλάσια απόσταση, δηλαδή 6,52 εκατομμύρια έτη φωτός, τότε η ταχύτητα απομάκρυνσης τους θα είναι ακριβώς η διπλάσια, δηλαδή 140 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο.
Προσέξτε ότι αυτά τα νούμερα ισχύουν αν αγνοήσουμε εντελώς τη βαρύτητα. Σε μικρές σχετικά γαλαξιακές αποστάσεις η βαρυτική αλληλεπίδραση μεταξύ των γαλαξιών είναι σημαντικότερη από τη διαστολή του σύμπαντος. Για αυτό εξάλλου ο γαλαξίας της Ανδρομέδας μας πλησιάζει αντί να απομακρύνεται από εμάς. Εάν όμως δεν υπήρχε βαρύτητα, θα τον βλέπαμε να απομακρύνεται με ταχύτητα 54 km/s.
Αν τώρα δύο γαλαξίες απέχουν πολύ περισσότερο, ας πούμε 100 εκατομμύρια έτη φωτός, θα απομακρύνονται μεταξύ τους με ταχύτητα 2.150 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Σε δέκα φορές μεγαλύτερη απόσταση, δηλαδή σε απόσταση 1 δισεκατομμυρίου ετών φωτός η ταχύτητα απομάκρυνσης φτάνει περίπου τα 21.500 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Και σε απόσταση 10 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, η ταχύτητα πλησιάζει τα 215.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο!
Η Σφαίρα του Hubble
Συνεχίζοντας να κινούμαστε σε μεγαλύτερες αποστάσεις, φτάνουμε τελικά σε μια απόσταση όπου οι γαλαξίες απομακρύνονται με ταχύτητα 300.000 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο, δηλαδή με την ταχύτητα του φωτός! Αυτή η απόσταση βρίσκεται περίπου στα 14 δισεκατομμύρια έτη φωτός από εμάς και οριοθετεί μια σφαιρική περιοχή που λέγεται “σφαίρα του Hubble”.
Εμείς βρισκόμαστε στο κέντρο της σφαίρας. Στο εσωτερικό της, οι γαλαξίες απομακρύνονται με ταχύτητα μικρότερη του φωτός, ενώ έξω από τη σφαίρα του Hubble, οι γαλαξίες απομακρύνονται ταχύτερα από το φως.
Πώς γίνεται όμως οι γαλαξίες να απομακρύνονται ταχύτερα από το φως; Άλλωστε σύμφωνα με τη Θεωρία της Σχετικότητας τίποτα δεν μπορεί να ταξιδέψει πιο γρήγορα από το φως μέσα στο διάστημα. Η απάντηση είναι ότι στη συγκεκριμένη περίπτωση δεν έχουμε κίνηση μέσα στον χώρο, αλλά ο ίδιος ο χώρος ανάμεσά στους γαλαξίες είναι αυτός που επεκτείνεται! Και η διαστολή του χώρου δεν υπόκειται στους περιορισμούς που έχει η κίνηση ενός σώματος μέσα στον χώρο.
Άρα, η ταχύτητα με την οποία απομακρύνονται οι γαλαξίες από εμάς δεν οφείλεται στην κίνησή τους μέσα στο διάστημα, αλλά στο γεγονός ότι ο ίδιος ο χώρος ανάμεσά σε εμάς και αυτούς τους γαλαξίες διαστέλλεται, σαν ένα ελαστικό πανί που ξεχειλώνει.
Γιατί το Παρατηρήσιμο Σύμπαν είναι μεγαλύτερο από τη Σφαίρα του Hubble;
Τώρα, ίσως να σκεφτείτε ότι είναι αδύνατο να δούμε οτιδήποτε πέρα από τη σφαίρα του Hubble. Κι όμως! Παρ’ όλο που οι γαλαξίες έξω από τη σφαίρα του Hubble απομακρύνονται ταχύτερα από το φως, μπορούμε να δούμε πολλούς από αυτούς. Μάλιστα, μπορούμε να δούμε ακόμα και γαλαξίες που πάντα απομακρύνονταν από εμάς με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός!
Πώς γίνεται όμως αυτό; Αν κάτι απομακρύνεται τόσο γρήγορα, το φως του δε θα έπρεπε ποτέ να μας φτάσει, σωστά; Η απάντηση κρύβεται στο γεγονός ότι το φως που παρατηρούμε σήμερα ξεκίνησε το ταξίδι του πριν από πολύ πολύ καιρό, όταν το σύμπαν ήταν μικρότερο και η διαστολή του επιβραδυνόταν λόγω της βαρύτητας.
Αρχικά, το φως των μακρινών γαλαξιών παρασυρόταν από την ίδια τη διαστολή του χώρου και απομακρυνόταν από εμάς. Ωστόσο, επειδή η διαστολή του σύμπαντος επιβραδυνόταν, το φως κάλυψε την απόσταση και κατάφερε να πλησιάσει. Όταν έφτασε σε μια περιοχή όπου η ταχύτητα απομάκρυνσης ήταν μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός, πέρασε μέσα στη σφαίρα του Hubble και έτσι μπορούμε πλέον να το παρατηρήσουμε.
Έτσι, παρ’ όλο που η σφαίρα του Hubble έχει ακτίνα περίπου 14 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, μπορούμε να λάβουμε φως και πληροφορίες από πολύ πιο μακρινές αποστάσεις που φτάνουν τα 46,5 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Αυτά είναι και τα όρια του Παρατηρήσιμου Σύμπαντος. Το Παρατηρήσιμο Σύμπαν περιλαμβάνει όλες τις περιοχές από τις οποίες το φως έχει καταφέρει να φτάσει σε εμάς.
Σκοτεινή ενέργεια
Είδαμε λοιπόν ότι κάποτε η διαστολή του Σύμπαντος επιβραδυνόταν λόγω της βαρύτητας. Πριν από περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια, όμως, συνέβη κάτι καθοριστικό: η διαστολή του σύμπαντος άρχισε να επιταχύνεται λόγω της Σκοτεινής Ενέργειας. Έτσι, οι γαλαξίες που θεωρητικά κάποτε μπορούσαμε να δούμε άρχισαν να απομακρύνονται με όλο και μεγαλύτερες ταχύτητες.
Σήμερα, η σκοτεινή ενέργεια συνεχίζει να επιταχύνει τη διαστολή και όλο και περισσότεροι γαλαξίες περνούν έξω από τη Σφαίρα του Hubble. Αυτό σημαίνει ότι με τον καιρό θα χάσουμε την ικανότητα να παρατηρούμε τους μακρινούς γαλαξίες, μιας και το φως τους θα είναι αδύνατο να φτάσει σε εμάς. Σταδιακά, το σύμπαν θα αρχίσει να φαίνεται πιο άδειο και σκοτεινό, και θα είναι ορατοί μόνο οι κοντινοί μας γαλαξίες. Οι μακρινοί γαλαξίες θα χαθούν από το οπτικό μας πεδίο για πάντα.
Οι Μακρινοί Γαλαξίες φαίνονται μεγαλύτεροι
Η επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος δημιουργεί ένα ακόμα αρκετά παράξενο φαινόμενο. Όπως ξέρετε απ’ την εμπειρία σας, όσο πιο μακριά βρίσκεται ένα αντικείμενο, τόσο μικρότερο φαίνεται στα μάτια μας. Και πράγματι το ίδιο συμβαίνει σε γενικές γραμμές και στο διάστημα. Αλλά, σε αποστάσεις πέρα από τα όρια της Σφαίρας του Hubble αυτό ανατρέπεται! Δηλαδή, όσο παράδοξο κι αν ακούγεται, οι γαλαξίες που βρίσκονται πιο μακριά φαίνονται μεγαλύτεροι!
Αυτό συμβαίνει γιατί όταν το φως τους ξεκίνησε το ταξίδι του, το Σύμπαν ήταν πολύ μικρότερο. Οι γαλαξίες ήταν πολύ πιο κοντά μεταξύ τους και καταλάμβαναν μεγαλύτερο μέρος του ουρανού. Παρ’ όλο που οι γαλαξίες βρίσκονται τώρα πολύ μακριά, το φως που βλέπουμε αντιστοιχεί σε μια εικόνα από τότε που ήταν πολύ πιο κοντά σε εμάς, και έτσι φαίνονται μεγαλύτεροι από ό,τι θα περιμέναμε.
Για παράδειγμα, εδώ βλέπουμε έναν από τους πιο μακρινούς γαλαξίες που γνωρίζουμε, τον γαλαξία GN-z11. Σήμερα απέχει από εμάς 32 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Ας υποθέσουμε ότι παρατηρούμε έναν ακριβώς ίδιο γαλαξία, στη μισή απόσταση, δηλαδή στα 16 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Θα περίμενε κανείς ότι ο GN-Z11 θα φαινόταν μικρότερος. Κι όμως, φαίνεται δυο φορές μεγαλύτερος απ’ τον κοντινότερο γαλαξία!
Αυτό το αλλόκοτο φαινόμενο επιτρέπει στα διαστημικά μας τηλεσκόπια να διακρίνουν λεπτομέρειες σε μακρινούς γαλαξίες που θα ήταν πολύ δύσκολο να παρατηρηθούν.
Μια συχνή παρανόηση
Κλείνοντας, αξίζει να αναφερθώ σε μια συχνή παρανόηση. Γνωρίζουμε σήμερα ότι το Σύμπαν έχει μια ηλικία 13,8 δισεκατομμυρίων ετών. Αυτό οδηγεί κάποιους στο λανθασμένο συμπέρασμα ότι η ακτίνα του θα πρέπει να είναι ακριβώς 13,8 δισεκατομμύρια έτη φωτός.
Κάτι τέτοιο θα ίσχυε μόνο εάν όλοι οι γαλαξίες απομακρύνονταν από ένα κεντρικό σημείο με την ταχύτητα του φωτός. Αυτή η περιγραφή, όμως, δεν αντιστοιχεί στην πραγματικότητα. Όπως είδαμε, ανάλογα με την απόστασή τους, οι περιοχές του σύμπαντος μπορούν να απομακρύνονται μεταξύ τους με ταχύτητες πολύ μεγαλύτερες του φωτός. Για παράδειγμα, ο γαλαξίας GN-z11 που γνωρίσαμε, βρίσκεται σε μια περιοχή που σήμερα απομακρύνεται από εμάς με μια ταχύτητα υπερδιπλάσια του φωτός!
Όπως καταλαβαίνετε, η Κοσμολογία είναι μια επιστήμη που κάνει το μυαλό μας να φτάνει στα όριά του. Είναι λογικό να δυσκολευόμαστε να κατανοήσουμε αυτές τις έννοιες κι είναι σίγουρο ότι έχουμε πολλά ακόμα να μάθουμε! Μη σας παίρνει λοιπόν από κάτω. Είναι ούτως ή άλλως συγκλονιστικό το γεγονός ότι ένα απλό θηλαστικό κάπου σε μια ασήμαντη γωνιά του Γαλαξία έχει φτάσει σε ένα τέτοιο επίπεδο κατανόησης του κόσμου.
