Ținând cont de reperele pe care le avem la dispoziția experienței directe, este greu să realizăm cât de mult înseamnă un miliard. O idee ar putea sugera faptul că un miliard de secunde durează la fel de mult cu mai bine de 30 de ani!
Este greu să ne imaginăm cât de multe stele sunt într-o galaxie. Calea Lactee este o aglomerare gigantică de stele estimată la cel mult 200 de miliarde de aștrii. Cât de mare este 200 de miliarde? Dacă ar fi să numărăm aștrii din galaxia noastră, și am alege un procedeu suficient de bun, de 100 aștri pe secundă, ne-ar fi necesari 3000 de ani ca să terminăm operația! Există însă și aglomerări cu mult mai mari decât Calea Lactee, roiurile sau clusterii, ce conțin chiar și câteva sute de galaxii mari! Universul observabil însă are miliarde de …galaxii, o imensitate copleșitoare…

Cerurile spun slava lui Dumnezeu!

Splendoarea lumii nu se sfârșește aici! Orice cercetător pasionat, care va cerceta lumea, va descoperi mai devreme sau mai târziu ceea ce savanții au sesizat dintotdeauna. Fie că investighează celulele unei frunze sau explozia supernovelor, corpul uman sau dinamica organismelor vii dintr-o baltă, cercetătorul va descoperi că lucrurile din această lume nu sunt pur și simplu, ci că sunt într-un anumit fel… Tot ceea ce este într-un grăunte minuscul de praf din solul unui asteroid, în celula unei frunze de arbore, în creierului nostru sau în explozia unei supernove, în mișcarea miliardelor de galaxii, toate se petrec potrivit unei ordini complexe și extraordinare! Întreg Universul, cu tot ceea ce ascunde el, funcționează într-un anume fel… Cum anume? Exact așa cum trebuie cât să facă din Univers o imensă carte deschisă. O carte care povestește, neîntrerupt, încă de la începuturile lumii, despre facerea și despre alcătuirea ei, despre adânca înțelepciune cu care toate sunt zidite… Încât fiecare cercetător, găsește peste tot în Univers, în natură, în pietre, în frunze și în praf, mesaje pregătite cu grijă și cu înțelepciune pentru lectura unui inițiat… Fiecare lucru mic contribuie esențial la felul în care sunt alcătuite lucrurile mari, iar cauzele fiecărei caracteristici a imensului Univers se ascund în proprietățile particulelor insignifiante care se pierd în el…
Da! Se poate da slavă lui Dumnezeu chiar și numai judecând după alcătuirea unui grăunte din praful pe care-l scuturăm în fiecare zi de pe încălțăminte! Nimic din ceea ce se întâmplă în lume, în natură și în Univers nu rămâne înafara acestei cărții imense care povestește istoria Universului! Nimic nu este fără rost!
Fiecare lucru sau fenomen vorbește despre ceva anume din înțelepciunea cu care a fost zidită lumea, despre imensitatea ei sau despre copleșitoarea ei alcătuire!

Originea galaxiilor – o provocare a cosmologiei contemporane

Galaxiile mici sunt foarte slab structurate, conținând largi fracțiuni de gaz și foarte puține stele. Ele conțin până la câteva miliarde de stele, mult mai puțin în comparație cu Calea Lactee.
Potrivit modelului Big Bang, Universul, spațiul, timpul, materia-energia, toate au început printr-o explozie. Una dintre întrebările esențiale ale cosmologiei actuale privește formarea galaxiilor. De ce materia din Univers este aglomerată în galaxii? De ce materia nu este distribuită în Universul ca un praf egal răspândit într-o incintă? Răspunsul este esențial, pentru că de aici pleacă și explicațiile care privesc formarea stelelor și a planetelor. După Big Bang, Universul, extrem de fierbinte și aflat într-o expansiune extrem de rapidă, împrăștie materia primordială. Pe măsură ce Universul se răcește, ceva esențial intervine în acest proces de expaniune. În ciuda faptului că expansiunea nu se oprește, un factor esențial intervine și adună materia în aglomerări imense de praf și gaz care vor permite mai apoi naștere galaxiilor. Cum se explică formarea acestor prime aglomerări de praf care au determinat apariția galaxiilor?

Cum a fost posibilă formarea norilor primordiali?

De curând, utilizând metoda spectroscopiei (analiza semnalelor luminoase emise de corpurile cereștri) cercetătorii au detectat o galaxie de dimensiuni foarte mici, care se află abia în stadiul exploziilor de formare a stelelor.
Galaxia este relativ apropiată de Pământ și are câteva caracteristici ce o apropie foarte mult de galaxiile foarte îndepărtate (și foarte vechi)!
Modelul teoretic actual explică formarea galaxiilor mari prin aglomerarea mai multor galaxii mici. Odată apărut, norul de gaz va fi comprimat de gravitație. În același timp, din cauza acestei comprimări, va apărea mișcarea de rotație care va agrega și mai mult materia. Rotația, comprimările gravitaționale ale norului protogalactic și proprietățile materiei existente aici vor face posibilă formarea stelelor.

Atomii - determinanți pentru formarea galaxiilor și a clusterilor!

Comparativ cu celelalte galaxii mici cunoscute până acum, Haro 11 este situată considerabil mai aproape de Pământ (281 millioane de ani de lumină). Din acest motiv, observațiile pot oferi mult mai multe date precise despre galaxiile care au existat la începutul Universului și, chiar mai mult, despre structura Universului așa cum era aceasta la ieșirea din perioada întunecată (dark age), când, potrivit teoriei, au apărut primele obiecte luminoase. Cercetările au utilizat datele unor măsurători directe, făcute radiațiilor ionizate eliberate de mica galaxie. Ele arată că, din radiația ionizată produsă de stelele fierbinți în formare, o anumită parte (între 4% și 10%) poate să evadeze în spațiul intergalactic. Aceasta înseamnă că, în perioada când materia Universului era fierbinte și ionizată, nu au existat condiții favorabile formării stelelor și galaxiilor.

Galaxiile mici „repovestesc“ trecutul

Rezultatele confirmă tocmai faptul că acest proces de ionizare a gazului protogalactic este extrem de important în înțelegerea evoluției structurii aglomerărilor de materie din perioada timpurie a Universului, pentru că, la nivelul atomic, se „decide“ cât de grele vor fi componentele moleculare ale gazului. Ulterior, acesta poate fi (sau nu) prelucrat de gravitație.
Pe de altă parte însă, cu cât un gaz este mai puternic ionizat, cu atât el se poate răci mai puțin eficient. (Ionizarea elementelor determină mișcări de asociere. Mișcarea particulelor în gaz reprezintă creșterea temperaturii, ce împiedică asocierile de natură electrică a ionilor în molecule.) Rata de răcire determină, de fapt, controlul abilității gazului de a forma structuri dense, cum ar fi stelele sau galaxiile. (Gazul fierbinte este cel mai puțin potrivit pentru formarea structurilor.) În concluzie, istoria ionizării gazului din interiorul galaxiilor în formare are relevanță deosebită pentru explicațiile privind modul cum s-au format primele obiecte luminoase din Univers și pentru înțelegerea proceselor prin care au început să strălucească primele stele.
Universul actual este dominant de radiații ionizate. Ionizarea, în opinia curentă, s-a petrecut cu 12.5 - 13 miliarde de ani în urmă, în perioada când primele stele și galaxii erau în formare. Detaliile acestui proces de ionizare sunt însă neclare. Din acest motiv, există un interes crescut pentru cercetarea perioadei de început a Universului, în special a celei ce a urmat erei întunecate. Încă nu se cunoaște cu certitudine dacă stelele sau, dimpotrivă, alte obiecte au pus capăt erei întunecate. Observațiile efectuate pe galaxia Haro 11 arată că există șanse de acces la procesele ce au avut loc în trecutul Universului! Altfel spus, galaxiile mici „repovestesc“ toate acele procese care au determinat structura Universului în trecut lui atât de îndepărtat care ar rămâne altfel complet inaccesibil investigației directe. (Prelucrat după o comunicare făcută la Johns Hopkins University, Maryland, 18 ianuarie, 2006)

Un proiect pentru descrierea simplă a unei lumi copleșitoare

„Căci fiind Cuvântul cel bun (Rațiunea cea bună) al Tatălui, El a dat creațiunii podoaba rânduielii și armoniei între toate, unind cele contrare între ele și înfăptuind din toate podoaba unei unice armonii. Acesta, fiind Puterea și Înțelepciunea lui Dumnezeu, învârtește cerul și a atârnat pământul nesprijinit pe nimic decât pe voia Lui. Iluminate de El soarele luminează pământul, iar luna are lumina ei măsurată.“ (Sf. Atanasie cel Mare, „Cuvânt împotriva elinilor“)

Cele mai de succes teorii ale fizicii secolului trecut au fost cu siguranță Teoria Cuantică a Câmpului și Relativitatea. Teoria cuantică a câmpului descrie trei forțe fundamentale ce acționează nivelul la microcosmosului: electromagnetismul, forța tare (ce alcătuiește atomii) și forța slabă (prezentă în radioactivitate). Pe de altă parte, Relativitatea Generală descrie câmpul gravitațional ca a patra interacțiune fundamentală, care acționează mai intens la nivelul macrocosmosului. Gravitația structurează marile aglomerări de materie, și contribuie esențial la mișcarea stelelor și planetelor.
Cel mai important rol al acestor teorii a fost, de departe, acela că au simplificat radical și au armonizat într-un mod neașteptat întreg tabloul lumii fizice. Potrivit acestor rezultate, în spatele diversității copleșitoare de obiecte și fenomene din lumea fizică aflată la îndemâna simțurilor, se află doar patru interacțiuni.

Unificarea interacțiunilor – dificultăți de ordin experimental

Intenția fizicienilor din ultimului secol a fost aceea de a unifica toate aceste patru interacțiuni, prin intermediul unei teorii (de unificarea a interacțiunilor) care să le poată descrie precis. Toate cele trei interacțiuni cu care operează mecanica cuantică, forțele tare, slabă și electromagnetică, au deja o descriere cuantică, verificată experimental. Două lucruri lipsesc în această teorie a unificării interacțiunilor. Teoretic, lipsește o exprimare cuantică a gravitației, lucru dificil de obținut și pentru faptul că gravitația este extrem de slabă la acest nivel. Ultima frontieră a unificării, cea mai grea dintre provocări, este verificarea experimentală a acelui rezultat.
(a) Teoretic s-a putut elabora o teorie care unifică interacțiunile microcosmosului (electromagnetică, tare și slabă). În ultimile decenii au fost dezvoltate mai multe torii care încearcă să unifice interacțiunile microcosmosului cu gravitația. Există mai multe încercări de unificare (cum ar fi teoria stringurilor, teoria gravitației sau teoria supersimetriei) însă nici una nu este suficient de bună.
(b) Experimental, unificarea interacțiunilor poate fi testată prin intermediul ciocnirilor la energii mari, în acceleratoarele de particule. La nivel terestru, au fost construite acceleratoare (de până la câteva mile lungime) care au produs ciocniri unde s-au atins temperaturi foarte mari. În acest fel, s-a putut verifica mai întâi unificarea interacțiunii electromagnetice și a celei slabe (interacțiunea unificată a acestor două a fost denumită forța electro-slabă.)
Există deja modele care imaginează o nouă generație de acceleratoare de particule, ce vor testa unificarea interacțiunii electroslabe cu interacțiunea tare. Pentru unificarea tuturor acestor interacțiuni de structură ale microcosmosului cu gravitația este nevoie de energii cu mult mai mari. Pentru atingerea acestor energii, sunt necesare acceleratoare de dimensiuni comparabile cu cele ale galaxiei! Indiferent de progresul tehnologic, omul nu ar putea construi niciodată, nimic care să semene cu așa ceva.

Natura – cel mai performant laborator de cercetare

Într-un mod cu totul extraordinar, natura are deja un laborator pregătit cu astfel de instrumente, care poate oferi accesul la coliziuni de energii foarte mari! Instrumentele existente în natură pentru realizarea acestor ciocniri sunt neutrinii!
Pentru detectarea neutrinilor se află în construcție cel mai mare complex specializat din câte au fost construite vreodată, în gheața Polului Sud terestru. Scopul principal este acela de punere în evidență a neutrinilor ce străbat în permanență Pământul. Evidențierea se va face după modul în care neutrinii interacționează cu alte forme de materie din solul planetei Pământ. Vor fi detectați neutrinii ce vin direct din spațiul cosmic, dar și cei ce urcă de jos în sus, prin solul terestru, venind din partea opusă, după ce au traversat întreg Pământul. (Când un neutrin va lovi un atom din gheața aflată sub observație, ciocnirea va determina emisia scurtă unei radiații albastre. Folosind detectorii pot fi determinate direcția de unde provin acești neutrini și energia lor.)
Sursele extra-galactice îndeplinesc într-un mod excepțional funcțiile unui accelerator cosmic. Neutrinii emiși de aceste surse pot ciocni particule din solul terestru, atingând energii din domeniu foarte înalt, de mărimea celor care pot oferi date și sugestii lămuritoare despre teoriile de unificare. (Prelucrare după un comunicat dat de Northeastern University,Boston, 26 ianuarie 2006)