Jeśli ktoś odczuwa dyskomfort, słysząc od biologów, że ma wspólnych przodków z szympansami, a nawet z tasiemcami, nie jestem w stanie go pocieszyć. Jest bowiem dużo, dużo gorzej! 400 tys. lat po Wielkim Wybuchu wszyscy byliśmy obłoczkami o gęstości jednej milionowej grama na kilometr sześcienny i temperaturze 3000 K, w których na tysiąc atomów wodoru przypadało statystycznie 81 atomów helu z niewielką przymieszką deuteru, litu oraz boru.
Naszych zwiewnych prapraprzodków można nawet zobaczyć albo... usłyszeć. Tę zdawałoby się zupełnie nieprawdopodobną możliwość zawdzięczamy ograniczonej prędkości rozprzestrzeniania się światła. Oglądając Księżyc widzimy go takim, jakim rzeczywiście był przed sekundą. Fotografia Słońca przedstawia je takim, jakim było osiem minut przed naciśnięciem migawki. Najdalszym obiektem dostrzegalnym gołym okiem jest Mgławica Andromedy, która leży w tle jesiennego gwiazdozbioru Pegaza, w odległości 25 mln bln (2,5×10 do potęgi 19) km od Słońca. Światło pokonuje tę odległość w 2,5 mln lat, niosąc obraz tego, co działo się, gdy na Ziemi po afrykańskich sawannach buszowały pierwsze hominidy.
Chcąc nie chcąc – im głębiej zanurzamy się w przestrzeń, tym dalej cofamy się w czasie.
Przy użyciu instrumentów rejestrujących ultrakrótkie fale radiowe i mikrofale można cofnąć się aż o 13,7 mld lat. Nie trzeba nawet być astronomem: wystarczy nastawić telewizor lub odbiornik UKF tak, żeby nie odbierał żadnej stacji. Bezładna migotanina świetlnych punktów, która pojawi się na ekranie, i monotonny szum, który dobiegnie z głośnika, będą po części spowodowane przez mikrofalowe promieniowanie reliktowe, trochę patetycznie, ale celnie określane jako „poświata Wielkiego Wybuchu”. To właśnie ono niesie informację o stanie, w jakim znajdował się Wszechświat, gdy liczył sobie zaledwie 400 tys. lat.
Słońce należy do Galaktyki – olbrzymiego skupiska gwiazd i gazowo-pyłowych obłoków międzygwiazdowych, które na niebie widzimy jako Drogę Mleczną. W rzeczywistości jest to cienki, wybrzuszony w centrum dysk o średnicy 100 tys. lat świetlnych. Gwiazdy i obłoki krążą wokół jego środka, leżącego 25 tys. lat świetlnych od nas w tle gwiazdozbioru Strzelca.
Galaktyki stare jak świat
W zasięgu współczesnych przyrządów astronomicznych znajduje się kilkaset miliardów galaktyk (mniej więcej tyle co gwiazd w naszej Galaktyce, jedynej pisanej tradycyjnie dużą literą).
Odkryte prawie pół wieku temu promieniowanie reliktowe obserwuje się dziś z niezwykłą precyzją za pomocą przyrządów umieszczanych w przestrzeni kosmicznej. Wyniki tych obserwacji są jednoznaczne: 400 tys. lat po Wielkim Wybuchu nie było ani gwiazd, ani galaktyk. Opisana na początku tego tekstu mieszanina gazów wypełniała przestrzeń kosmiczną tak równomiernie, że gęstość dwóch dowolnie wybranych, niekoniecznie ze sobą sąsiadujących, obszarów różniła się nie więcej niż o 0,001 proc.
Co działo się przez następne 500 mln lat – dokładnie nie wiadomo. Na bezpośrednie informacje o tej epoce musimy poczekać do uruchomienia europejskiego radioteleskopu LOFAR (ma być gotowy za kilka, kilkanaście miesięcy) i pracującego w podczerwieni Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (NASA i ESA planują jego wystrzelenie w 2018 r.). Na razie astronomom muszą wystarczyć obserwacje wirtualne, prowadzone za pomocą symulacji komputerowych. Ich wiarygodność można sprawdzić porównując komputerowe wszechświaty z rzeczywistym (dokładniej – z tymi jego obszarami, które oglądamy takimi, jakimi były co najmniej kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu, bo tylko one zostały zbadane za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i teleskopów naziemnych).
Zgodność jest tak dobra, że nikt nie wątpi w ogólną poprawność tych obliczeń. Wynika z nich, że sprawczym czynnikiem, który z bezkształtnej, silnie rozrzedzonej materii ulepił gwiazdy i galaktyki, była zwykła grawitacja. Nawet tak mikroskopijne różnice gęstości, jak te pomierzone podczas obserwacji promieniowania reliktowego, wystarczyły, by zadziałała zasada: „biedny straci, a bogaty zyska”. Obszary pierwotnie gęstsze, w których grawitacja była nieco silniejsza niż w otoczeniu, przyciągały materię z obszarów pierwotnie rzadszych. Różnice gęstości rosły – a im były większe, tym szybciej proces ten postępował.
Rok temu za pomocą Teleskopu Hubble’a stwierdzono, że galaktyki istniały już 500–600 mln lat po Wielkim Wybuchu. Były stosunkowo niewielkie – nawet 20-krotnie mniejsze od naszej. Dzisiejsze rozmiary osiągnęły w ciągu następnego miliarda lat, zderzając się ze sobą i zlewając w większe obiekty. Żeby zrozumieć, w jaki sposób dochodzi do zderzeń w rozszerzającym się Wszechświecie, wystarczy wyobrazić sobie wyrastające ciasto (ekspandująca przestrzeń) z rodzynkami (galaktyki). Jeśli rodzynki nie oddziałują na siebie i bez oporu pozwalają unosić się ciastu, zderzenia są niemożliwe. Jeśli jednak rodzynki przyciągają się nawzajem (grawitacja), to każda porusza się względem ciasta i swoich sąsiadek, dzięki czemu mimo ogólnej ekspansji niektóre z nich mogą się do siebie zbliżać i zderzać. W świecie galaktyk częstość zderzeń była początkowo bardzo duża, ale z upływem czasu systematycznie malała. Dochodzi jednak do nich jeszcze i dziś; będzie też dochodziło w przyszłości. Astronomowie przewidują na przykład, że za 3 mld lat Mgławica Andromedy, która jest galaktyką podobną do naszej, zderzy się z sąsiadującą z nią galaktyką M33 (Mgławicą Trójkąta).
Zderzenia - źródło narodzin
Zderzenie galaktyk jest niegroźne dla pojedynczych gwiazd, podobnie jak spotkanie lecących wprost na siebie luźnych pszczelich rojów nie zagraża pojedynczym pszczołom (oczywiście, o ile nie dojdzie między nimi do bijatyki). Trudno też mówić o gwałtowności tego zjawiska – typowy czas jego trwania to 100 mln lat. Jednak we właściwych dla kosmosu skalach czasowych przebiega ono błyskawicznie i potrafi być niezwykle spektakularne. Na zbliżające się do siebie galaktyki działają siły pływowe, które wyciągają z nich pasma materii przypominające niekiedy wypustki ameby lub długie czułki owada (w układzie Ziemia–Księżyc te same siły unoszą wodę w oceanach, powodując przypływy). Gdy galaktyki zaczną się już przenikać, ich obłoki międzygwiazdowe zderzają się ze sobą, zgniatają i zapadają pod wpływem własnej grawitacji, przy czym ze znacznej części zawartej w nich materii powstają nowe gwiazdy.
Najczęściej jedna ze zderzających się galaktyk jest dużo mniejsza od drugiej. W takich przypadkach siły pływowe rozciągają ją w długą gwiazdową wstęgę, która potrafi nawet kilkakrotnie owinąć się wokół większej galaktyki, by w końcu po kilkuset milionach lat rozpłynąć się w niej całkowicie. Wiele galaktycznych karzełków skończyło już w ten sposób w naszej Galaktyce, a obecnie jesteśmy świadkami kolejnych takich dramatów.
W 1994 r. w tle gwiazdozbioru Strzelca odkryto karłowatą galaktykę określaną przez astronomów jako Sag DEG. Obiekt ten krąży w polu grawitacyjnym naszej Galaktyki po zacieśniającej się orbicie ustawionej niemal prostopadle do jej dysku, przez który przeleci za około 100 mln lat w miejscu odległym o 40 tys. lat świetlnych od środka Galaktyki. Ma za sobą kilka takich okrążeń, podczas których utracił ponad 90 proc. pierwotnie należących do niego gwiazd. Część tych gwiazd układa się jeszcze we wstęgę wyciągniętą wzdłuż jego orbity, ale większość rozproszyła się już po całej objętości Galaktyki i stała się jej pełnoprawnymi obywatelkami.
Przez kilka lat Sag DEG była uważana za naszą najbliższą kosmiczną sąsiadkę. W 2003 r. została zdetronizowana przez podobny do niej galaktyczny ogryzek, który odkryto wtedy w tle gwiazdozbioru Wielkiego Psa. Obiekt ten krąży w płaszczyźnie naszej Galaktyki, wyciągając się we wstęgę gwiazd owiniętą wokół niej aż czterokrotnie. Wielki Pies jest teraz doskonale widoczny wieczorem nad południowym horyzontem. Daje się odszukać bez trudu, ponieważ jego najjaśniejsza gwiazda – Syriusz – jest jednocześnie najjaśniejszą gwiazdą całego nieba. Spróbujmy to zrobić i wyobrazić sobie, że 25 tys. lat świetlnych za Syriuszem właśnie dogorywa coś, co dawno temu było galaktyką liczącą kilkanaście miliardów gwiazd.
Na pierwszy rzut oka galaktyczny kanibalizm wydaje się taką, ot sobie, ciekawostką, niemającą żadnego praktycznego znaczenia. Jest jednak inaczej: niewykluczone, że swoje istnienie zawdzięczamy nieposkromionemu apetytowi, z jakim przez pierwszy miliard lat po Wielkim Wybuchu Droga Mleczna pochłaniała swoje mniejsze sąsiadki.
Materia w prezencie
Nasza planeta jest w całości zbudowana z pierwiastków, których 13,7 mld lat temu w ogóle nie było. Wszystko, co jest cięższe od boru (a więc także węgiel i tlen), zaczęło powstawać dopiero kilkaset milionów lat później we wnętrzach gwiazd. Każda gwiazda to reaktor termojądrowy, w którym z jąder wodoru, czyli protonów, powstaje praktycznie cały układ Mendelejewa. Synteza pierwiastków trwa, dopóki nie zabraknie wodoru. Gdy jego zapasy są już wyczerpane, rozpoczyna się dramatyczna faza gwiazdowej ewolucji.
Gwiazdy o masie co najmniej 10-krotnie większej od masy Słońca gwałtownie eksplodują, rozpraszając wytworzone pierwiastki w obłokach międzygwiazdowych. Gwiazdy mniejsze nie kończą w aż tak efektownych fajerwerkach, ale i one zostają częściowo rozproszone. W tym pierwszym przypadku szczątki gwiazdowe rozbiegają się z prędkością kilkudziesięciu tysięcy kilometrów na sekundę; w drugim – tysiąckrotnie wolniej. Efekt końcowy jest jednak taki sam: materia międzygwiazdowa zostanie wzbogacona w produkty syntezy termojądrowej, niezbyt ściśle nazywane przez astronomów „metalami”. Powstałe z niej drugie pokolenie gwiazd wytwarza i rozprasza drugą transzę metali. To samo robi każde następne pokolenie, dzięki czemu ilość metali w materii międzygwiazdowej stopniowo rośnie.
Proces ten można przerwać w jeden tylko sposób: wyrzucając produkty syntezy jądrowej poza obręb galaktyki, gdzie gęstość materii jest tak mała, że żadne gwiazdy powstawać nie mogą. Nasza Galaktyka jest w stanie utrzymać praktycznie wszystkie metale wytwarzane przez kolejne pokolenia gwiazd, ale galaktyki znacznie od niej mniejsze nie utrzymują prawie nic. Niemal w całości tracą nie tylko to, co wytworzyły pierwsze gwiazdy, lecz także wymiataną wraz z ich resztkami „dziewiczą” materię międzygwiazdową, która jeszcze nigdy we wnętrzach gwiazd się nie znalazła.
Pięć lat temu w tle gwiazdozbioru Lwa odkryto pozostałość kolejnej pochłanianej przez Drogę Mleczną galaktyki, która otrzymała nazwę Segue 1. Należące do niej gwiazdy zawierają 2500 razy mniej metali niż Słońce i jest niezwykle mało prawdopodobne, by mogło się tam rozwinąć życie podobne do ziemskiego. Zresztą nie ma tam zapewne nawet planet.
Po fazie obżarstwa Droga Mleczna ustatkowała się i już od dawna odżywia się bardzo umiarkowanie. Są jednak powody, by przypuszczać, że za mniej więcej 5 mld lat zostanie wystawiona na ciężką próbę. Mgławica Andromedy zbliży się wtedy do niej tak bardzo, że obie te galaktyki zaczną sobie nawzajem wyrywać ogromne ilości gwiazd. Trudno przewidzieć, która z nich wygra ten pojedynek. Być może zakończy się on remisem i powstanie pojedynczy, olbrzymi obiekt, dla którego wymyślono już nawet nazwę Mlekomeda. Niezależnie od wyniku tych kosmicznych zapasów pewne jest jedno: już w pierwszej rundzie do centrum naszej Galaktyki zacznie obficie napływać materia międzygwiazdowa, która obudzi znajdującą się tam, lecz drzemiącą dziś olbrzymią czarną dziurę o masie 4 mln mas Słońca. Bliskie otoczenie dziury rozbłyśnie wtedy z mocą większą od łącznej mocy setek miliardów gwiazd, jak to obserwujemy w wielu parach galaktyk, które podobny kataklizm przeżywają na naszych oczach.