Slovenska raziskovalka sodelovala pri zasnovi novega teleskopa James Webb

Eden glavnih namenov teleskopa James Webb je opazovanje in raziskovanje prvih galaksij v vesolju, ki so stare več kot 13 milijard let, skoraj toliko kot vesolje samo. S preučevanjem teh najstarejših galaksij iz najbolj zgodnjega obdobja vesolja se ukvarja tudi slovenska astrofizičarka, raziskovalka galaksij in temne snovi, Maruša Bradač z univerze v Kaliforniji v Davisu.

Galaksije so skupki zvezd, sestavljeni iz temne snovi, med nam najbolj poznanimi je Mlečna cesta, galaksija, ki ji pripada tudi naše Osončje. Še pred sto leti je veljalo prepričanje, da je Mlečna cesta edina galaksija v vesolju, danes vemo, da to še zdaleč ni res, po ocenah raziskovalcev jih je v vesolju vsaj 100 milijard.

S pomočjo velikih teleskopov, kot so Hubble in Spitzer v vesolju ter Keck na Havajih, lahko raziskovalci potujejo nazaj v čas ter vidijo vesolje v trenutku, ko je bilo vesolje staro le približno odstotek današnje starosti. Prek takšnega potovanja v preteklost dobijo vpogled v najbolj zgodnja leta najstarejših galaksij.

Takšno potovanje v preteklost raziskovalcem omogočajo ogromne razdalje v vesolju. Znanstveniki namreč ob opazovanju galaksij, ki so od sonca oddaljene milijarde svetlobnih let, vidijo svetlobo v trenutku, ko je pred milijardami let zapustila določen objekt. V zemeljskem svetu te svetlobe, ki potuje s hitrostjo 300.000 kilometrov na sekundo, zaradi kratkih razdalj ne bi mogli zaznati, v vesolju pa je to mogoče.

Raziskovanje zgodnjih galaksij velik izziv

Raziskovanje zgodnjih galaksij raziskovalcem predstavlja velik izziv, saj so te galaksije zelo šibke. Svetloba namreč pri tako oddaljenih objektih oslabi, poleg tega imajo prve galaksije tudi manj zvezd, kar še dodatno prispeva k njihovi šibkosti. Za opazovanje najbolj oddaljenih galaksij so zato potrebni največji in najmočnejši teleskopi.

Eden najpomembnejših je bil od leta 1990 vesoljski teleskop Hubble, ki je lahko videl galaksije iz najstniškega obdobja vesolja, njegov naslednik, teleskop James Webb, ki bo na misijo predvidoma odšel leta 2021, pa bo znanstvenikom omogočal bolj podroben vpogled v bolj oddaljene objekte, ki oddajajo veliko šibkejšo svetlobo.

Teleskop James Webb

Pri zasnovi novega Nasinega vesoljskega teleskopa James Webb, velikosti enega teniškega igrišča, je sodelovala tudi Bradačeva, kar je izjemen dosežek za slovensko astrofizičarko. Njena raziskovalna skupina je v sodelovanju z raziskovalci iz Kanade razvila opazovalni projekt za enega od instrumentov za novi teleskop, zato so dobili edinstveno priložnost, da z njim tudi opazujejo ter kot eni prvih na svetu pridobijo podatke iz tega teleskopa, na kar se raziskovalna skupina v tem obdobju intenzivno pripravlja.

"Gre za teleskop, ki je neposredno povezan z mojim raziskovanjem in od tega si ogromno obetam. Približno vemo, kaj bomo s teleskopom videli. Kar bo najbolj zanimivo, pa bo tisto, česar si sploh nismo predstavljali, da nam bo teleskop omogočil," je povedala Bradačeva.

Izstrelitev teleskopa James Webb se sicer vseskozi zamika, po zadnjih znanih podatkih pa naj bi ga izstrelili marca 2021. "Vsi smo na trnih, veliko kariere sem posvetila temu teleskopu in vsaka takšna preložitev je problematična. Predvsem doktorskim študentom, ki jim obljubljaš, da bodo dobili podatke, se vse poruši."

Do takšnega zamika pri izstrelitvi najverjetneje prihaja tudi zato, ker popravnega izpita ne bo mogoče narediti. Ko teleskop izstrelijo, ga v nasprotju s Hubblom ne bo več mogoče popraviti. James Webb bo namreč odpotoval precej dlje v vesolje, zato ga z vesoljsko misijo ne bo mogoče doseči.

Teleskop James Webb je zasnovan z namenom, da bo odkrival galaksije na robu vesolja, zato je teleskop tudi veliko bolj zmogljiv od predhodnika - vesoljskega teleskopa Hubble. Ta bo po pričakovanjih raziskovalcev odkril mnogo več galaksij od Hubbla ter dal mnogo jasnejšo sliko, kakšne te galaksije so, je povedala Bradačeva.

Več informacij o teleskopu James Webb je na voljo na https://znanost.sta.si/2712539.

Kdo smo in od kod smo prišli

Z raziskavami galaksij in temne snovi po besedah Bradačeve iščejo odgovore na temeljno vprašanje o tem, kako je življenje nastalo. "Gre za znanstveno radovednost, ki je vedno prisotna, zato je pomembno, da te raziskave naredimo, kljub nekaterim mnenjem, da tovrstne raziskave ne prinesejo ničesar," je poudarila Bradačeva.

"Znanost nam daje ogromno, treba jo je potisniti naprej, saj je to edini način, da pridobimo stvari, na katere smo danes zelo navezani. Astronomi so bili denimo tisti, ki so odkrili, da lahko s pomočjo spominskih kartic posnamemo sliko. Tako so nastali prvi detektorji svetlobe, kasneje ccd-senzorji, ki so ključni element današnjih kamer. To kar imamo danes v naših telefonih, s čimer delamo slike, je odraz astronomskega razvoja kamer," je povedala astrofizičarka.

Odkritje najtemnejše in najstarejše galaksije

Mednarodna raziskovalna skupina, ki jo vodi Bradačeva, je leta 2016 odkrila najtemnejšo znano galaksijo, leta 2017 pa eno najstarejših galaksij MACS1423-z7p64. Slednja je od nas oddaljena 13,1 milijarde svetlobnih let, nastala pa je pred 13,5 milijarde let. Je prva odkrita navadna galaksija iz tistega obdobja in hkrati domnevna krivka za to, da se je vesolje razjasnilo.

V samem začetku po velikem poku, s katerim opredeljujemo rojstvo vesolja, je bilo namreč vesolje zavito v meglo, kar znanstveniki imenujejo vesoljski temni vek, po več sto milijonih let pa se je megla razkadila. To obdobje, ko je vesolje prehajalo iz "zamegljenega" stanja z nevtralnim vodikom v prozorno stanje z ioniziranim vodikom, raziskovalci opisujejo kot obdobje reionizacije, trajalo naj bi med 400 milijoni let in 1,3 milijarde let po velikem poku.

Odkritje najstarejše galaksije je po besedah Bradačeve omogočilo nadaljnje raziskave o nastanku prvih galaksij in zvezd, ki galaksije sestavljajo, predvsem pa ponudilo neposreden vpogled v vesolje, kakršno je bilo ob samem začetku. Raziskave so med drugim pokazale, da so zvezde začele nastajati že mnogo prej, kot so sprva mislili, kar prinaša spremembe za teorijo o nastanku prvih zvezd ter raziskovalce napeljuje k spremembi obstoječih modelov, je pojasnila Bradačeva.

Raziskave temne snovi

Pomemben del dela slovenske astrofizičarke je tudi raziskovanje temne snovi, neznane snovi, ki sestavlja 27 odstotkov našega vesolja. Temna snov je zelo pomembna v zgodovini kot tudi v prihodnosti vesolja, saj preko gravitacije zaustavlja širjenje vesolja, medtem ko temna energija, ki sestavlja skoraj 70 odstotkov vesolja, skrbi za to, da se vesolje pospešeno širi.

Bradačeva raziskave temne snovi opravlja prek raziskav trkov jat galaksij, ki so se zgodili v preteklosti, ter opazuje, kako se temna snov obnaša po trku. Pri teh trkih se sproščajo ogromne količine energije, ene največjih v vesolju, zato Bradačeva pravi, da imajo nekakšen lastni pospeševalnik temne snovi.

Ker temna snov ne interagira z navadno snovjo, je njeno preučevanje velik izziv. Kljub temu da raziskovalci danes poznajo ogromno vrst delcev, nobeden od teh ne ustreza opisu temne snovi. "Iščemo iglo v seniku, ki je ogromen, in če preiščemo samo majhen del senika, te igle verjetno ne bomo našli. Sedaj moramo preiskati celoten senik, kar bo trajalo še kar nekaj časa."

Sodelovanje s slovenskimi raziskovalci

Bradačeva je od oktobra letos na sobotnem letu na Univerzi v Ljubljani, zato raziskave opravlja kar iz Ljubljane. Tudi sicer veliko sodeluje s slovenskimi raziskovalci, želi pa si, da bi v prihodnje v Kalifornijo prišel raziskovat tudi kakšen slovenski študent.

Študente na kalifornijski univerzi poskuša za področje fizike navdušiti tudi s svojim predmetom Fizika Kalifornije, kjer med drugim predava o fiziki smučanja, deskanja in potapljanja. Pri predmetu študente v svet fizike ne popelje skozi enačbe, temveč skozi vsakodnevne aktivnosti, ki jih tudi sami poznajo.

Navdušenje za področje astronomije med študenti je po opažanjih Bradačeve veliko, "saj astronomija privlači, je zanimiva, veliko raziskav se dela na tem področju, v Sloveniji pa imamo za to dobre zasnove". Zaveda se, da mlade upravičeno skrbi, kako bodo po takšnem študiju dobili službo, če se ne odločijo za nadaljevanje raziskovalne kariere, vendar v tujini, sploh v ZDA, tega problema ni, poudarja.

Velika podjetja, kot so Google ali velika zavarovalniška podjetja, namreč po besedah Bradačeve "rada zaposlujejo študente s tega področja, saj znajo narediti modele in napovedati njihovo obnašanje v prihodnosti, znajo delati s podatki, jih obdelovati in napisati programe, ki te podatke obdelujejo. Tudi v Sloveniji se stvari spreminjajo, zato bi študentom rekla, da se fiziko študirati res splača, saj ponuja ogromno možnosti."