Superpraznina', kako su je nazvali astronomi, proteže se u promjeru od oko 1,8 milijardi svjetlosnih godina, a u njoj, u usporedbi s gustoćom materije u drugim dijelovima vidljivog svemira, nedostaje oko 10.000 galaksija.

Voditelj istraživanja István Szapudi, s University of Hawaii u Manoi, sa svojim je suradnicima ciljano tražio prazninu vjerujući da bi ona mogla objasniti misterioznu, hladnu pjegu otkrivenu prije 10-ak godina.

Fizičari su 2004. na karti pozadinskog mikrovalnog zračenja, koje se često naziva jekom velikog praska, pronašli neočekivano veliku tamnu mrlju s malo nižom temperaturom (zaokruženo na slici gore). Ova hladna pjega od tada zadaje glavobolje znanstvenicima jer bi prema postojećim kozmološkim predviđanjima materija u svemiru trebala biti vrlo ravnomjerno raspoređena, a njegova temperatura ne bi trebala imati većih odstupanja na velikim područjima. U najvećem dijelu vidljivog svemira to i jest tako. Na golemoj svemirskoj skali galaksije, zvijezde, planeti i drugi objekti raspoređeni su podjednako ravnomjerno kao molekule vode u čaši.

Zašto u svemiru 'ne bi trebalo biti' hladnijih dijelova i rupa?

Prema najboljem trenutačno postojećem tzv. inflacijskom modelu nastanka svemira, koji se slaže s mnogim empirijskim potvrdama, u prvim djelićima prve sekunde velikog praska svemir se u jednom vrlo kratkom trenutku, koji je trajao samo 10 na -35 sekundi (to je broj kojem je na početku nula, a nakon 34 decimalna mjesta s nulama slijedi jedan; npr. 10 na -1 je 0,1), iznenada proširio golemom brzinom većom od brzine svjetlosti od dimenzija manjih od protona do veličine ploda grejpa. Američki fizičar Brian Greene u svojoj knjizi 'Tkivo svemira' daje ovakvu usporedbu: to je kao da jedna molekula DNK naraste do veličine naše galaksije u djeliću vremena koji je milijardu milijardi milijardi puta kraći od treptaja oka.

Nakon ove eksplozije, širenje se nastavilo znatno manjom brzinom. U superbrzom širenju, koje je poznato kao inflacija, gravitacija je bila odbojna, a ne privlačna, pa su se materija i energija rasprostirale na sve strane jednako. Nikakve grudice nisu imale šanse opstati; golema sila ekspanzije sve bi ih izgladila. Tako je nastao izuzetno jednoličan svemir s jednolično raspoređenom materijom i energijom. Njegovu potpunu glatku jednoličnost remetile su tek sićušne kvantne fluktuacije koje su postale sjeme oko kojeg se kasnije, kada je počela djelovati privlačna sila gravitacije, postupno nakupljala materija.

Na ovaj način formirale su se sve veće nakupine tvari - plinovi, prašina, zvijezde, planeti i galaksije. No i tako zgrudana tvar je i dalje vrlo ravnomjerno raspoređena u golemom svemirskom prostranstvu.

Moguća rješenja dvojbe

Dakle, znanstvenici su imali dva moguća tumačenja neočekivano velike hladne pjege. Prema prvom ona je mogla nastati u samom velikom prasku no to bi onda bio znak da u svemiru funkcionira neka egzotična fizika koju standardni kozmološki modeli tek trebaju otkriti. Prema drugom mogla ju je prouzročiti neka velika struktura koja se našla na putu između nas i pozadinskog mikrovalnog zračenja, no to bi opet značilo da u svemiru postoji neka ekstremno rijetka devijacija u raspodjeli mase.

Naš astrofizičar dr. sc. Dario Hrupec iz Instituta Ruđer Bošković kaže da je 'poklapanje novootkrivene superpraznine, svojevrsne kozmičke superpustinje, s ranije poznatim neočekivano velikim uniformnim područjem hladnijeg dijela svemira, u skladu sa zamislima prema kojima su upravo fluktuacije u temperaturi ranog svemira poslužile kao sjeme začetka formiranja galaksija'.

'S druge strane, veličina tog područja zasad je potpuno nerazumljiva i otvara novi niz pitanja iz kozmologije, područja koje iznimno napreduje doslovno iz dana u dan', rekao je Hrupec.

Superpraznina nije običan vakuum kao što bi se moglo zaključiti iz njezina naziva. U njoj se nalazi oko 22 posto manje tvari nego u drugim tipičnim dijelovima svemira. Na prvi pogled ovaj manjak gustoće materije ne mora se doimati impresivnim. Međutim u kombinaciji s golemim dimenzijama on poprima veliki značaj.

Također treba znati da novootkrivena superpraznina ne objašnjava hladnu pjegu u cijelosti. Stručnjaci procjenjuju da bi mogla biti odgovorna za oko 10 posto manjka u toplini hladne pjege.

Pitanje koje se sada nameće jest kako bi novootkrivena superpraznina mogla uzrokovati formiranje hladne pjege?

Zakoni fizike kažu da bi, ako pretpostavimo da se svemir širi sve većom brzinom, trebalo očekivati da će čestice svjetlosti - fotoni na proputovanju kroz prazninu gubiti dio svoje energije, odnosno da će se hladiti. Kako? Uzrok tome jest činjenica da se dio kinetičke energije fotona gubi i pretvara u gravitacijski potencijal dok on putuje prema središtu praznine i udaljava se od gušćih dijelova svemira koji ga privlače svojom gravitacijom. To se može zamisliti kao penjanje biciklom uz brdo.

U svemiru koji se ne bi širio, koji bi bio statičan, foton bi nakon što prođe središte, na putu dalje prema ponovno gušćim dijelovima svemira koji ga opet snažnije privlače, povratio izgubljeni dio energije. Drugim riječima on bi izlaskom iz središta ponovno dobio energiju kao što bi je povratio biciklist koji bi se nakon uspona do vrha brda nizbrdo samo spuštao i ubrzavao.

No budući da se svemir ubrzano širi, svi njegovi dijelovi s vremenom postaju sve rjeđi pa se razlika između gustoće superpraznine i okolnih gušćih područja također smanjuje. U slučajevima kada svjetlost do središta superpraznine putuje stotinama milijuna godina, ovaj efekt postaje značajan. Na izlasku iz njezina središta foton neće dočekati ista situacija kakva je bila kada je krenuo u prazninu, ista razlika u potencijalu, ista gustoća mase koja će ga privlačiti istom jačinom - ona će biti manja. To se može zamisliti kao da se biciklist penje uz planinu da bi se potom, dok se spušta visina brda u odnosu na podnožje smanjila.

Dakle, novootkrivena superpraznina u kojoj manjka golema masa, tek djelomično tumači postojanje hladne pjege. Na ovom će misteriju još trebati raditi. Međutim, novi se nalazi odlično podudaraju s idejom o svemiru koji se pod utjecajem tamne energije ubrzano širi.