Sedam samuraja i Veliki atraktor

Naivna predstava o napretku nauke kao linearnoj akumulaciji ljudskog saznanja gde kako vreme prolazi sve bolje i bolje razumemo svaki fenomen, krećući se neumitno u pravcu kognitivnog raja potpunog razumevanja "prirode i društva" je karikatura koja se, nažalost, isuviše često shvata ozbiljno. Od sumraka logičkog pozitivizma Bečkog kruga koji je želeo da izjednači naučne sa istinitim iskazima prošlo je već podosta decenija, ali osnovne lekcije iz te istorijske i filozofske epizode nisu nažalost još uvek naučene i to ne samo u široj javnosti. Ovo potiče delimično iz raznih vidova ideološke indoktrinacije kojima su veliki delovi sveta bili izloženi tokom 20. veka, a delimično iz nedostatka liberalnog obrazovanja koje je opšti problem čovečanstva. Stoga svaki primer iz praktične nauke koji je dovoljno dobro proučen i dokumentovan valja često ponovo sagledati u celini istorijskog i epistemološkog konteksta. Jedan od takvih primera koji igra ključnu ulogu u praktičnoj astronomiji i neprestano je dobijao na značaju tokom protekle dve decenije jeste otkriće kosmološke strukture na velikoj skali i polja sopstvenih brzina galaksija. Ove dve naizgled različite stvari su zapravo avers i revers jednog istog otkrića, koje je učinjeno u prvoj polovini 1980-tih godina, preliminarno saopšteno na konferenciji 1986, a u finalnom obliku se pojavilo u istraživačkoj literaturi tokom 1987. godine, što opravdava donekle jubilarni karakter ovog teksta. Istovremeno, ova priča dosta govori o statusu žena u savremenoj nauci (i njegovom značajnom poboljšanju tokom poslednjih decenija).

Tokom 1920-tih godina britanski su kosmolozi Edington i Miln kodifikovali uobičajenu pretpostavku o homogenosti i izotropiji svemira pod uzvišenim nazivom "kosmološki princip". Kosmološki princip, dakle, podrazumeva da je okolina svake tačke u svemiru u proseku ista (homogenost) i da u svakom pravcu na nebu vidimo u proseku istu sliku (izotropija). Očigledno je da je, barem po tvrdim pozitivističkim načelima koja su u doba rađanja moderne kosmologije bila daleko prisutnija nego što su danas, kosmološki princip metafizički iskaz, jer nema načina da ga empirijski proverimo, pošto ne možemo otići u neku udaljenu galaksiju i proveriti homogenost svemira tamošnjim posmatranjima! Sa druge strane, kosmološki princip se pokazao nezaobilaznim, jer bez dovoljno visokog stepena simetrije koji on uvodi, rešavanje ionako preteških Ajnštajnovih jednačina gravitacionog polja za univerzum kao celinu bilo bi potpuno bezigledan poduhvat. A veliki uspeh Ajnštajnovih jednačina i na njima izgrađenih kosmoloških modela nesumnjivo svedoči o dobrom funkcionisanju ovog principa.

Ovaj epistemološki momenat bi se nekome - naročito filozofima ili matematičarima! - mogao odmah učiniti irelevantnim, pošto je svakome ko i za trenutak razmisli jasno da je kosmološki princip zapravo pogrešan! Da svemir nije homogen i izotropan je potpuno očigledno: čak i vazduh koji dišemo ima gustinu koja je preko dvadeset redova veličine (!) veća od prosečne gustine materije u kosmosu, da ne govorimo o čvrstim telima koja nas okružuju, pa i nama samima. Čak i kada odemo daleko od Zemlje i Sunca, u prostor između zvezda u disku Mlečnog puta, koji je prazniji od bilo kog vakuuma koji se može stvoriti u laboratorijama, gustina čestica međuzvezdane materije je i dalje više od milion puta veća od one prosečne u svemiru. Jasno je, dakle, da se moramo udaljiti veoma daleko, u međugalaktički prostor i to veoma daleko od svih lokalnih nehomogenosti (poput Mlečnog puta ili Lokalne grupe galaksija) da bismo primetili tu homogenost i izotropiju svemira koje sugeriše kosmološki princip. Sa druge strane, tamo nailazimo na još veće strukture, poput jata galaksija, pa čak i superjata, ogromnih struktura koje obuhvataju hiljade i desetine hiljada galaksija. Samo postojanje tako velikih struktura (odnosno tako velikih nehomogenosti) navodilo je neke naučnike, poput francuskog astronoma Žerara de Vokulera, da posumnjaju u samu istinitost kosmološkog principa. Sa druge strane, i prihvatanje nehomogenosti nas vodi u nevolju: naime, ukoliko bi one postojale, onda bi oblasti visoke gustine materije privlačile galaksije iz manje gustih oblasti. Ono što bi se stoga dešavalo jeste da bi galaksije težile da "padaju" ka oblastima visoke gustine (po pretpostavci, masivnim jatima i superjatima galaksija), te bi tokom tog "padanja" sticale značajne sopstvene brzine, dakle lokalna kretanja koja nemaju nikakve veze sa opštim širenjem svemira koje je otkrio genijalni Edvin Habl. Gde su te sopstvene brzine?

Dugo vremena je nepostojanje sopstvenih brzina galaksija bilo neosporna dogma među astronomima. Prvobitni argument za tu dogmu bila je neumitnost sistematskog kretanja, odnosno Hablovog širenja: verovalo se da, čak i kad bi se u nekom trenutku i pojavila značajna sopstvena kretanja, ona bila vrlo brzo prigušena i "razvodnjena" opštim Hablovim širenjem svemira. Zamislimo da smo na sredini neke velike i moćne reke pustili u raznim slučajno izabranim pravcima brodiće-igračke i saopštili im slučajne brzine. Kakogod to učinili, kad nakon izvesnog vremena (recimo par minuta) pogledamo na ceo sistem, videćemo da su sopstvene brzine brodića iščezle i da se svi ili gotovo svi kreću na samo jedan način - sistematski, sa rekom. Verovanje koje je dominiralo od otkrića galaksija do kraja 1970-tih godina bilo je da Hablov tok širenja svemira čini to isto sa sopstvenim brzinama galaksija.

Alen Sendidž, veliki posmatrački astronom 20. veka i Hablov učenik, dodao je još jedan argument u prilog dogmi: odsustvo značajnijeg broja plavih pomaka. Kad bi, rasuđivao je on, postojala značajna sopstvena kretanja galaksija, onda bismo primećivali daleko veći broj galaksija sa plavim pomakom spektralnih linija (koje nam se približavaju) nego što je to slučaj. U stvarnosti, svega nekoliko najbližih galaksija (među kojima je najpoznatija M31, velika galaksija u Andromedi) pokazuju plavi pomak u svojim spektrima.

Prva osoba koja je bacila sumnju na dogmu bila je Vera Rubin, jedan od najistaknutijih astronomkinja prošlog veka. Još u svojim studentskim danima, tokom 1950-tih godina (a da bi se stvari stavile u adekvatan kontekst treba napomenuti da Rubinova nije bila primljena na postdiplomske studije na Prinstonskom univerzitetu samo zato što ova ugledna institucija nije upisivala žene na postdiplomske programe sve do 1975. godine!), ona je izrazila sumnju u konsenzualno ignorisanje mogućnosti postojanja značajnih sopstvenih brzina galaksija. Sredinom 1970-tih, kao već iskusan istraživač u Karnedžijevoj instituciji u Vašingtonu, ona je zajedno sa kolegom Kentom Fordom, pokušala prvi put da pronađe skup spiralnih galaksija koje bi bile dovoljno simetrično raspoređene oko Mlečnog puta da bi definisale koordinatni sistem u kome bi se moglo izmeriti naše sopstveno kretanje. Rubinova i Ford su dobili prilično šokantan rezultat: njihova posmatranja ukazala su na veliku sopstvenu brzinu Lokalne grupe od oko 500 km/s u odnosu na tako izabrani koordinatni sistem vezan za skup galaksija. Međutim, ne samo da je njihova metodologija bila veoma složena, rezultat nepouzdan i suprotan "prihvaćenoj mudrosti", već se ubrzo nakon objavljivanja od tada nazvanog Rubin-Fordovog efekta pojavila druga studija koja je ovaj rezultat bacila u još nepovoljnije svetlo. Radilo se o tzv. dipolnoj anizotropiji kosmičke mikrotalasne pozadine.

Otkriće kosmičkog pozadinskog zračenja, tog slabašnog relikta Velikog praska, pružilo je mogućnost da se, isprva bar u principu, definitivno odredi vektor brzine Lokalne grupe galaksija u odnosu na univerzalni referentni sistem. Nasuprot srednješkolskom poimanju relativnosti, nema ničeg istinski spornog u činjenici da postoji jedan jedini "privilegovani" koordinatni sistem u kome je temperatura kosmičke mikrotalasne pozadine ista u svim smerovima. Stvar je naime u tome da jedino konkretni granični uslovi našeg svemira sa njegovom specifičnom istorijom (koja uključuje nastanak mikrotalasnih fotona u trenutku i na način kako se to doista i desilo), a ne opšti prirodni zakoni, određuju referentni sistem mirovanja u odnosu na kosmičku mikrotalasnu pozadinu. Ako trčite kroz vertikalnu kišu (bez vetra), više ćete pokisnuti spreda nego otpozadi; drugim rečima, u količini vlage koju će vaša odeća i telo upiti pojaviće se anizotropija. Ukoliko biste bili u stanju da izmerite precizno koliko ste više pokisli spreda nego otpozadi mogli biste, u principu, da izračunate brzinu svog trčanja. Ovo isto se može primeniti na more fotona mikrotalasnog pozadinskog zračenja koje se ponaša upravo kao jedna sveobuhvatna vaseljenska kiša. Krajem 1970-tih godina, astronomski svet je uzburkala vest da su prinstonski astrofizičar Dejvid Vilkinson i saradnici pomoću balonskih eksperimenata sa merenjem temperature mikrotalasne pozadine, otkrili značajno kretanje naše galaksije u odnosu na taj referentni sistem. Ova, tzv. dipolna anizotropija, ukazivala je na veliko sopstveno kretanje Lokalne grupe galaksija od skoro 600 kilometara u sekundi. Međutim, nekoliko je razloga zbog kojih ni ovi prvi dokazi u prilog postojanja velikih sopstvenih brzina nisu odmah uzeti u obzir sa svim svojim revolucionarnim posledicama. Pre svega, merenja su bila prilično neprecizna, a radilo se o veoma malom efektu (mikrotalasno nebo je toplije u smeru kretanja Lokalne grupe, a hladnije u suprotnom smeru za svega nekoliko hiljaditih delova kelvina!). Drugo, većina astronoma koja je u to vreme i dalje pripadala "konvencionalnoj" optičkoj astronomiji nije dovoljno dobro razumela i cenila značaj kosmičke mikrotalasne pozadine i efekata vezanih za nju (što se značajno promenilo tek u 1990-tim godinama, nakon misije COBE). Treće, mada je veličina samog efekta potvrđivala osnovnu ideju "jeretičkog" rada Rubinove i Forda, ovo je palo u senku činjenice da su pravac i smer sopstvene brzine u ove dve studije gotovo dijametralno suprotni! Konačno, empirijsko otkriće sopstvenog kretanja smatralo se nedovoljnim, ne samo zato što se nije video uzrok tako velikog i neočekivanog efekta, već i zbog toga što merenja anizotropije nisu mogli pružiti odgovor na Hablov i Sendidžov protivargument.

Sada se na sceni pojavljuje jedna od najzanimljivijih kolaboracija u istoriji nauke. Tokom 1980-tih godina neobična grupa američkih, britanskih i argentinskih astronoma pod rukovodstvom Sandre Faber, poznatih kao "Sedam samuraja" (abecednim redom Dejvid Berstajn, Rodžer Dejvis, Alen Dresler, Sandra Faber, Donald Linden-Bel, Roberto Terlevič i Geri Vegner), su pronašli da su galaksije veoma neravnomerno raspoređene u prostoru sa galaktičkim superjatima razdvojenim ogromnim prazninama (engl. voids) bez vidljive materije. Ovo je bila prava mini-revolucija, s obzirom da je odstupanje od kosmološkog principa na skali iznad galaksija po prvi put bilo kvantitativno izmereno, potvrđujući intuicije Rubinove i de Vokulera. Proučavajući kretanje oko 400 eliptičnih galaksija, ova grupa je 1986. godine zaključila da se čitava okolina naše galaksije (do heliocentrične brzine od oko 6000 km/s) kreće pod uticajem dominantne koncentracije materije u pravcu sazveđa Kentaur. Ovu koncentraciju su nazvali Velikim atraktorom, mada nismo u stanju direktno da je vidimo, s obzirom da se nalazi u "zoni izbegavanja" u kojoj je zaklanja apsorpcija zbog prašine u disku našeg sopstvene galaksije, Mlečnog puta. Inače, ova grupa astronoma dobila je šaljivi nadimak na sastanku Američkog astronomskog društva 1986. godine na ostrvu Oahu na Havajima, a po slavnom filmu Akira Kurosave "Sedam samuraja" iz 1954. godine. Nešto od simbolike Kurosavinog remek-dela u kome samuraji suočeni sa daleko mnogobrojnim banditima nisu ustuknuli ni za korak moglo se naći u žestokim raspravama koje su rezultati Faberove i saradnika izazvali.

Mada ne možemo ovde ulaziti u detalje, treba napomenuti da su posmatrački i tehnički izazovi sa kojima se suočavalo "Sedam samuraja" bili ogromni. Sva vangalaktička posmatranja su i danas teška, čak i nakon revolucije koju su unele CCD kamere i drugi kvantnomehanički detektori; pre 20 godina, kada su fotografske ploče još uvek bile dominantan medijum za beleženje astronomskih podataka, stvari su stajale daleko teže. Dalji izvori teškoća proizlazili su iz prirode samog programa: tražiti objekte koji su međusobno što sličniji i što simetričnije raspoređeni u realnom svemiru je nalik traganju za dve iste stabljike u žitnom polju: ima mnogo sličnosti, ali i mnogo razlika, pa nije jasno gde valja "povući crtu". Tome treba dodati i prisustvo brojnih selekcionih efekata, različite posmatračke uslove u različitim fazama projekta, a kao što svedoči i jedan od učesnika, Alen Dresler, u svojoj popularnoj knjizi Putovanje ka Velikom atraktoru, sam tim istraživača je bio ophrvan gomilom međuljudskih problema, od ličnih rivalstava astronoma (uobičajeno) do hipohondrije, političkih razmirica, i živopisnih psihičkih teškoća (neuobičajeno). Zapanjujuće je, možemo sa ove distance zaključiti, kako je Sandra Faber (po svim svedočanstvima neobično blaga i tiha žena, koja je tokom čitavog perioda rada na ovom projektu uspešno rodila i odgajala decu i obavljala brojne druge nastavne, administrativne i porodične dužnosti) uopšte uspela da održi na okupu ovakav tim, i time je njena zasluga utoliko veća.

Rad "Sedam samuraja" uspešno je povezao rezultate merenja mikrotalasnog pozadinskog zračenja, sa razmišljanjima "disidenata" kakvi su bili Rubinova ili de Vokuler, i sve to integrisao u glavni tok savremene astronomije. Istovremeno, u skladu sa savremenim epistemološkim normama, ovaj rad pružio je odgovor na sve protivargumente, naročito one Habla i Sendidža. Sopstveno kretanje galaksija i grupa galaksije nije se rasulo i raspršilo zbog sistematskog Hablovog širenja upravo zato što je ono indukovano pojavljivanjem veoma velikih struktura, kakav je Veliki atraktor, a te strukture su se na sceni pojavile relativno kasno u dosadašnjoj istoriji svemira. Uprošćeno govoreći, sopstvena kretanja su noviji fenomen, koji tek sad "dolazi do izražaja", a ne posledica nekakvih početnih uslova. Sendidžov protivargument se lako objašnjava kada se razume da sopstvena kretanja, premda nesistematska, nisu istovremeno i slučajna (= nekorelisana). Da su ona slučajna, onda bismo doista videli mnogo plavih pomaka. Ali, sve galaksije na malim i srednjim udaljenostima se kreću na relativno sličan način, strujeći ka regionima najveće gustine, gde se nalaze najmasivnije strukture koje dominiraju okolnim svemirom, i upravo zbog te korelacije (kretanja obližnih galaksija "zajedno sa nama"), broj plavih pomaka se drastično smanjuje. Ovde treba dodati da se Mlečni put i Lokalna grupa ne nalaze blizu nekog od tih najmasivnijih regiona ka kojima padamo - jer oni posmatrači koji se tamo nalaze doista i vide značajan broj plavih pomaka! Drugim rečima, moramo otići mnogo, mnogo dalje nego što smo u prvi mah očekivali, da bismo doista potvrdili kosmološki princip.

Veliki atraktor je jedna takva gigantska - čak i po astronomskim standardima - struktura, galaktičko superjato locirano na oko 80 megaparseka (preko 250 miliona svetlosnih godina) u pravcu južnog sazvežđa Kentaur, oko sedam stepeni od ravni Mlečnog puta. Zbog takvog položaja, on se nalazi u takozvanoj "Zoni izbegavanja", gde prašina i gas u disku naše galaksije zamračuju vangalaktičke objekte (ova zona zauzima oko četvrtinu vidljivog neba sa Zemlje). Veliki atraktor očigledno privlači svojom gravitacionom silom milione galaksija, u koje spada ne samo naša Lokalna grupa, već i obližnje bogato galaktičko jato u Devici, pa i nešto dalje Hidra-Kentaur galaktičko superjato. Na bazi posmatranih galaktičkih brzina, može se zaključiti da je masa Velikog atraktora verovatno oko 5,4e16 Sunčevih masa, što je intuitivno neshvatljivo ogroman broj sa 17 cifara - najmanje 20 hiljada puta više od mase čitavog našeg Mlečnog puta! Sa druge strane, ovo znači da je daleko najveći deo njegove mase tamna materija (i to takva koja se ne sastoji od atoma kakve poznajemo, već od egzotičnih elementarnih čestica). Nastavak potrage za Velikim atraktorom, njegovim uticajem na druge lokalne strukture, te kosmološkim implikacijama ovih nalaza i dalje predstavljaju neke od najznačajnijih ciljeva i zadataka savremenog istraživačkog rada u astronomskim naukama. Napredak postoji, ali put do saznanja često je veoma vijugav i neočekivano dug.