Macrostructurile din Univers

INTRODUCERE

În 1610, Galileo Galilei a folosit un telescop pentru a studia banda strălucitoare de pe cerul nopții, cunoscută și sub numele de Calea Lactee și a descoperit că este alcătuită dintr-un număr imens de stele mici. Într-un tratat din 1755, Immanuel Kant, inspirându-se din munca lui Thomas Wright, a speculat (corect) că galaxia ar fi un corp rotativ alcătuit dintr-un număr imens de stele, grupate de forțe gravitaționale, asemenea sistemului solar, dar la o scară mult mai mare. Discul de stele rezultat va fi văzut ca o bandă din perspectiva noastră din interiorul discului. Kant a presupus de asemenea că unele din nebuloasele vizibile pe cerul nopții ar fi galaxii separate.

Spre sfârșitul secolului al XVIII-lea, Charles Messier a întocmit un catalog conținând cele mai strălucitoare 109 nebuloase, urmat mai apoi de un catalog de 5000 de nebuloase, creat de William Herschel. În 1845, Lord Rosse a construit un telescop nou și a fost capabil să distingă între nebuloasele eliptice și cele în spirală. Cu toate acestea, nebuloasele nu au fost acceptate ca fiind galaxii separate, până când problema a fost rezolvată de Edwin Hubble la începutul anilor 1920 folsind un nou telescop. El a reușit să determine părțile exterioare a unor nebuloase în spirală ca fiind colecții de stele individuale și a identificat câteva variabile Cefeide, astfel permițând estimarea distanțelor până la nebuloase: erau prea departe ca să facă parte din Calea Lactee. În 1936, Hubble a produs un sistem de clasificare a galaxiilor care se folosește și astăzi, numit "secvența Hubble".

Prima încercare de a descrie forma Căii Lactee și poziția soarelui în interiorul ei a fost realizată de William Herschel în 1785 prin numărarea atentă a stelelor în diferite regiuni ale cerului. Folosind o abordare îmbunătățită, în 1920, Kapteyn a ajuns la imaginea unei galaxii elipsoidale mici (cu diametrul de aproximativ 15 kiloparseci), având Soarele aproape de centru. O metodă diferită, folosită de Harlow Shapley, bazată pe catalogarea clusterelor globulare a condus la o imagine total diferită: un disc plat cu diametrul de aproximativ 70 kiloparseci și Soarele departe de centru. Amândouă analizele nu au luat în calcul absorbția luminii de praful interstelar prezent în planul galactic. Odată ce Robert Julius Trumpler a cuantificat acest efect în 1930, studiind clusterele deschise, imaginea actuală a galaxiei prezentată mai sus s-a stabilit.

În 1944 Hendrik van de Hulst a prezis radiația microundelor ca având o lungime de undă de 21 centimeti, rezultată din hidrogenul atomic interstelar. Această radiație a fost observată în 1951 și a permis un studiu mult îmbunătățit al Galaxiei, deoarece nu este absorbită de praf, iar deplasarea sa Doppler poate fi folosită pentru a urmări mișcarea gazului în Galaxie. Aceste observații au condus la postularea unei structuri sub formă de bară rotativă în centrul Galaxiei. Cu ajutorul telescoapelor radio îmbunătățite, hidrogenul putea fi urmărit și în alte galaxii. În anii 1970 s-a realizat că masa totală a galaxiilor vizibile nu se potrivește cu viteza gazului rotativ, astfel s-a ajuns la postularea materiei întunecate.

Începând cu anii 1990, telescopul Hubble a produs observații îmbunătățite. Printre altele, s-a stabilit că materia întunecată nu poate consta doar din stele slabe și mici. Telescopul a fotografiat Câmpul Adânc Hubble, aducând dovezi pentru miliarde de galaxii care există în universul vizibil.În 2004, galaxia Abell 1835 IR1916 a devenit cea mai depărtată galaxie văzută vreodată de oameni.

1.1.Universul

Universul sau Cosmosul constituie imensul spaţiu care ne înconjoară ale cărui limite sunt imperceptibile şi în care materia componentă se află organizată în structuri şi forme care au stadii diferite de evoluţie.

Oamenii de ştiinţă cu ajutorul instrumentelor tehnice n-au reuşit să cunoască decât o parte restrânsă a acestuia pe care astronomii o denumesc sub termenul de Univers observabil sau Metagalaxia în care se află stele, galaxii şi alte structuri descoperite prin recepţionarea radiaţiilor emise de ele. Datele actuale despre limitele Metagalaxiei se află la 5 miliarde ani lumină ,limită optică şi până la 10-15 miliarde cât arată limita undelor radio recepţionate.Se mai folosesc şi alte două noţiuni despre Universul care nu se poate observa direct:

I. Universul fizic se află dincolo de Universul observabil pe care îl înconjură şi constituie spaţiul în care corpurile sau structurile cosmice nu pot fi observate, dar prezenţa lor este presupusă datorită unor influenţe pe care ele le exercită asupra unor structuri din zonele observabile ca de exemplu,unele abateri în deplasarea normală a lor.

II. Universul total sau necunoscut a cărui deducţie se face pe baza relaţiilor matematice şi a ideilor filosofice.

Caracteristici ale Universului:

a. Cunoaşterea sa este relativă, mai clară în partea Universului observabil, respectiv până la 10 miliarde a.l. depărtare de Pământ şi doar deductivă la depărtările foarte mari din Universul fizic sau acea parte numită Universul necunoscut.

b. Universul este omogen fiind alcătuit din elemente ale tuturor elementelor chimice cunoscute grupate în diverse componente de la cele uriaşe la cele mai mici.

c. Volumul Universului se apreciază la 1080m3, iar masa la 2,5x1054Kg în cadrul căreia 90% sunt particule elementare de tipul neutronilor, fotonilor, electronilor, nucleolilor.

d. Densitatea are valoare extrem de redusă, aspect care a condus frecvent la supoziţia că“apare ca vid”. Precumpănesc atomii de H, He şi la distanţă mare, cei de O, C, N etc. Z.Folescu, 1990, apreciază că din cca 1000 atomi, 920 sunt de H, 78 de He şi restul celelalte elemente.

În Univers acţionează patru forţe (M. Ielenicz, 2000):gravitaţia care stă la baza relaţiilor dintre corpurile cereşti de tipul stelelor, planetelor, sateliţilor etc. (mărimea forţei de atracţie dintre corpuri este direct proporţională cu masele lor şi invers proporţională cu pătratul distanţei dintre ele);forţa electromagnetică– ce influenţează particulele cu sarcină electrică – determină emisia de unde radio, radiaţii luminoase şi sinteze moleculare etc., iar valoarea ei este mai mare decât cea dată de gravitaţie.Forţa nuclear şi forţa slabă sunt prezente la nivelul atomic şi respectiv al particulelor elementare.Cea nucleară este de sute de ori mai puternică în raport cu forţa electromagnetică dar acţionează pe un spaţiu limitat manifestându-se în ansamblul reacţiilor nucleare din stele. Forţa slabă este de circa 1000 de ori mai slabă decât cea nucleară şi se manifestă la nivelul particulelor elementare (ale protonilor, neutronilor, electronilor etc.).În Macrocosmos, prezenţa acestor forţe este legată de radiaţiile stelelor datorate reacţiilor termonucleare. Acţiunea complexă a tuturor acestor forţe a impus în procesul evoluţiei Universului,concentrarea materiei în anumite zone şi de aici, individualizarea unor structuri cosmice de dimensiuni diferite: galaxii, stele, planete, sateliţi, comete etc.