Cât de mare este lumea în care trăim? Depinde. Ce înseamnă lume?

Pentru un nou-născut, lumea întreagă este reprezentată de părinții care îl îngrijesc și de casa în care locuiește. Pe măsură ce crește, omul realizează însă că lumea nu are, de fapt, limite. Și că, în acest context, mare este un termen relativ. 

Treptat, omul descoperă parcul în care aleargă cu prietenii sau școala în care învață să citească și să scrie, iar primele călătorii cu mașina, trenul sau avionul îl teleportează într-o lume complet diferită de cea percepută acasă. O lume care poate fi reprezentată, de exemplu, de un vârf munte sau de malul mării. 

Acolo, la malul mării, mulți copii își îndreaptă privirea spre orizont și își întreabă nedumeriți părinții ce este dincolo de acea linie care pare să despartă marea de cer. 

Pe același principiu, mulți alții se întreabă ce este dincolo de albastrul cerului. Și asta din cele mai vechi timpuri. De exemplu, în 2 octombrie 1608, olandezul Hans Lippershey a obținut un patent pentru primul telescop din lume, conceput cu scopul de “a vedea lucruri îndepărtate ca și cum sunt aproape”. 

Mult mai târziu, în 1935, balonul Explorer II a ajuns la o altitudine de 22 de kilometri și a fotografiat linia orizontului planetei noastre. Iar în 24 octombrie 1946, americanii de la baza militară White Sands Missile Range au lansat o rachetă germană V-2 care a zburat până la o altitudine de 105 kilometri și, cu ajutorul unei camere foto de 35 mm, a realizat prima imagine cu Pământul din spațiu. 

Fotografiile de la V-2 au arătat pentru prima oară cum ar arăta Pământul pentru niște vizitatori cu o navă spațială de pe o altă planetă.

Clyde Holliday, unul dintre inginerii implicați în proiect, în cartea The Earth as a Distant Planet.

Probabil însă că cea mai cunoscută fotografie cu Pământul văzut din spațiu este Earthrise, imagine realizată în 24 decembrie 1968 de astronautul american William Anders în cadrul misiunii Apollo 8, atunci când se afla pe orbita Lunii, la o distanță de circa 384.000 de kilometri de Pământ. 

Ulterior, pentru a vedea ce este dincolo de Pământ, Lună și celelalte planete din jurul Soarelui, oamenii au inventat telescoape spațiale. Până de curând, cel mai performant dintre ele a fost telescopul spațial Hubble, care ne-a furnizat imagini spectaculoase din Univers. 

Gelos probabil că va fi înlocuit în curând cu telescopul spațial James Webb, Hubble și-a flexat mușchii și a descoperit recent cea mai îndepărtată stea de până acum. O săptămână mai târziu, alte patru telescoape mai mici și-au unit forțele și au livrat imagini cu cea mai îndepărtată galaxie descoperită până acum. 

Un aliniament cosmic norocos

În poemul epic Eneida, scriitorul latin Vergilius spunea că norocul este de partea celor îndrăzneți. Fix așa s-au simțit și oficialii NASA în 30 martie, când au publicat un comunicat de presă care începe cu mențiuni directe către noroc: “Un aliniament cosmic norocos a dezvăluit o singură sursă de lumină în primul miliard de ani de după Big Bang.”

Ce s-a întâmplat de fapt? Foarte pe scurt, telescopul spațial Hubble a descoperit cea mai îndepărtată stea observată până acum, iar datele arată că aceasta s-a format în primul miliard de ani de după Big Bang, în condițiile în care vârsta Universului este estimată la circa 13.8 miliarde de ani. Steaua a primit numele oficial WHL0137-LS, dar și un nume public mai ușor de reținut: Earendel, care în engleza veche înseamnă stea timpurie.  

Partea interesantă nu este atât descoperirea în sine a stelei, ci mai ales modul în care această descoperire a fost posibilă. În principiu, această observație nu putea avea loc în mod obișnuit, doar cu ajutorul unui telescop spațial, fie el și Hubble, ca urmare a distanței foarte mari. Iar aici a intrat în joc norocul reprezentat de un așa-numit efect de lentilă gravitațională. 

Am încercat să înțeleg mai bine ce înseamnă efectul de lentilă gravitațională, iar pentru asta am vorbit cu Dani Petrache, o programatoare pe care este foarte posibil să o cunoști datorită clipurilor de pe rețeaua de socializare TikTok în care promovează știința și tehnologia pe canalul Daniverss. Sau de pe Instagram, unde publică în fiecare duminică quiz-uri educative despre știință și tehnologie. 

“Cu cât un obiect cosmic este mai masiv – cum ar fi o stea, o gaură neagră sau o galaxie – cu atât acest corp curbează mai mult spațiul și timpul din jurul său. Practic, așa explică Albert Einstein gravitația prin Teoria Relativității Generale, prin aceste curburi create de masa obiectelor. Un exemplu clasic este atunci când lași o bilă să cadă pe o fâșie de material.

O consecință foarte interesantă a acestui fenomen este că aceste corpuri masive pot curba sau devia lumina și o amplifică spre observator, în cazul nostru telescopul spațial Hubble, făcând astfel vizibile obiectele cosmice din spatele lor aflate chiar și la miliarde de ani-lumină distanță. 

Acesta este efectul de lentilă gravitațională, un fel de lupă a naturii foarte utilă pentru a observa obiecte foarte îndepărtate care în mod normal au intensitate slabă sau care nu se pot distinge ușor. Hubble a reușit să vadă steaua Earendel datorită efectului de lentilă gravitațională creat de masa gigantică a unui grup de galaxii”, explică Dani Petrache.

Explicația de mai sus poate fi și mai ușor de înțeles prin intermediul imaginilor sugestive de mai jos. 

Primele informații despre Earendel

Un aspect important în toată această poveste este că telescopul Hubble a observat steaua Earendel în forma în care aceasta există cu mai puțin de un miliard de ani după formarea Universului. În practică, asta înseamnă că o călătorie până la locul în care a fost observată steaua Earendel ne-ar pune în fața unui scenariu complet diferit atunci când am ajunge – cine știe când – la destinație. Dani Petrache îmi explică concret de ce. 

“Oamenii de știință estimează că Universul are aproximativ 13.8 miliarde de ani – acesta este intervalul de timp care a trecut de la Big Bang. A fost nevoie de 12.9 miliarde de ani pentru ca lumina stelei Earendel să ajungă la Pământ, ceea ce înseamnă că Universul nu împlinise nici măcar 1 miliard de ani. Dacă vrea totuși cineva să o viziteze pe Earendel, mai bine nu – această stea a explodat demult într-o supernovă”, spune Dani Petrache.  

Asta nu-i împiedică însă pe oamenii de știință să studieze în amănunt datele observate cu telescopul Hubble, iar primele informații apărute în revista germană Spektrum arată că specialiștii estimează că Earendel avea o masă de peste 50 de ori mai mare decât a Soarelui.

Detalii concrete despre luminozitatea și temperatura stelei vor fi furnizate însă în următoarea perioadă de noul telescop spațial James Webb. Specialiștii speră să afle astfel detalii despre luminozitatea și temperatura stelei, iar astronomul Brian Welch de la Universitatea Johns Hopkins din Baltimore face o paralelă excelentă între studiul stelelor și citirea unei cărți. 

“Earendel a existat cu atât de mult timp în urmă încât este posibil să nu fi avut în compoziție aceeași materie primă ca stelele din jurul nostru. Să studiem steaua Earendel va fi ca o fereastră deschisă a unei părți din Univers cu care nu suntem deloc familiari, dar care a condus la tot ceea ce știm în prezent. Este ca și cum am citit o carte foarte interesantă, dar am început cu al doilea capitol, iar acum avem șansa să vedem cum a început totul”, afirmă Welch. 

Și totuși, de ce va juca James Webb un rol atât de important? În primul rând datorită sensibilității sale la lumina infraroșie, lumină emisă de toate corpurile din Univers. 

“James Webb este sensibil mai ales la infraroșu – este vorba despre unde pe care le vedem atunci când lumina de la obiectele îndepărtate se “întinde”. Oamenii de știință îl vor folosi ca să studieze ce tip de stea este Earendel și pentru a confirma distanța până la galaxia HD1. Ar putea să spargă recordul și să descopere stele sau galaxii chiar mai îndepărtate decât cele știute până acum”, completează Dani Petrache. 

HD1, cea mai îndepărtată galaxie

Galaxia HD1 la care se referă Dani Petrache mai sus a fost identificată la numai o săptămână după steaua Earendel și se estimează că este cea mai îndepărtată galaxie observată până în prezent. Nu-ți imagina însă că a fost un proces simplu: galaxia HD1 a fost descoperită după peste 1200 de ore de observație cu Telescopul Subaru (nu, nu are nicio legătură cu constructorul auto japonez cu acest nume), Telescopul Vista, Telescopul UK Infrared și Telescopul Spațial Spitzer, la care se adaugă observații ulterioare cu cele 66 de telescoape radio din Deșertul Atacama care formează Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

Potrivit primelor date, galaxia HD1 se află la 13.5 miliarde de ani-lumină distanță și a existat la numai circa 300 de milioane de ani după Big Bang. Inițial, cercetătorii se așteptau să fie o galaxie relativ obișnuită, însă ulterior au constat că aceasta “produce” mult mai multe stele. “Rata este incredibilă. HD1 formează peste 100 de stele în fiecare an, adică de cel puțin 10 ori mai multe decât ne-am fi așteptat”, explică Fabio Pacucci, unul dintre cercetătorii implicați în descoperirea galaxiei. 

De asemenea, galaxia este foarte luminoasă în lumină ultravioletă, lucru pentru care cercetătorii analizează două ipoteze: fie în interiorul galaxiei se petrec anumite procese energetice încă necunoscute, fie lumina puternică este emisă de fotoni de energie în jurul unei găuri negre supermasive. Caz în care aceasta ar deveni cea mai tânără gaură neagră supermasivă cunoscută până în prezent.

Termenul supermasivă este folosit pentru găuri negre care au o masă de câteva miliarde de ori mai mare decât cea a Soarelui. Dacă ești bulversat de aceste miliarde, e ok, nici eu nu pot să percep ce înseamnă asta concret. De fapt, nimeni nu poate.

La fel ca în cazul stelei Earendel, toate aceste ipoteze urmează să fie analizate în viitorul apropiat de telescopul spațial James Webb. Întrucât este cel mai performant telescop spațial dezvoltat în prezent, James Webb ar trebui să calculeze cu o precizie mult mai bună distanța la care se află galaxia HD1 de Pământ. În plus, tot James Webb va fi responsabil și pentru identificarea ipotezei corecte cu privire la originea luminozității puternice a acestei galaxii. 

În final, toate aceste date ne vor ajuta să înțelegem mai bine procesele prin care s-a format Universul. “Vorbim despre o perioadă în care s-au format cele mai multe elemente chimice care există în corpul nostru. Universul a început cu hidrogen și heliu. Toate celelalte elemente, precum calciul din dinți sau fierul din sânge, s-au format în stele care apoi au explodat. Prin urmare, aceste prime generații de stele au produs cantități uriașe de elemente chimice care au condus apoi la apariția vieții”, explică Michelle Thaler, astronom NASA. Da, de aici provine și zicala suntem praf de stele, dar și numele unui celebru roman scris de Isaac Asimov.

Nu este exclus ca datele pe care le va obține James Webb să conducă cercetătorii spre concluzii complet diferite de ipotezele formulate în prezent. Pentru că, indiferent de domeniul studiat, cu cât descoperim mai multe lucruri, cu atât ne dăm seama cât de puține lucruri știm de fapt despre subiectul respectiv. 

Natura pare să aibă o imaginație mai bogată decât a noastră. 

Avi Loeb, astronom la Centrul pentru Astrofizică Harvard & Smithsonian.