Originally published in France as: Voyage sur les flots de galaxies. Laniakea, et au-delà
by Hélène COURTOIS © Dunod, 2018 for the second edition, Malakoff

This Polish language edition is translated from the English language edition published by The MIT Press entitled Finding our Place in the Universe: How We Discovered Laniakea
– the Milky Way’s Home © 2019 with kind permission.

Tłumacz: Małgorzata Dąbkowska-Kowalik i Witold Sikorski na zlecenie WITKOM,
Witold Sikorski

Projekt okładki: Ireneusz Gawliński

Ilustracja na okładce: Claus Lunau/Science Photo Library/Indigo Images

Wydawca: Karol Zawadzki

Koordynator ds. redakcji: Adam Kowalski

Redaktor: Małgorzata Kopczyńska

Produkcja: Mariola Grzywacka

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwa Naukowego PWN

Monika Lipiec /Woblink

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo.

Więcej na www.legalnakultura.pl

Polska Izba Książki

Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN SA

Warszawa 2020

ISBN 978-83-01-21435-7

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2020 r., (wyd. I)

Warszawa 2020

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321, faks 22 69 54 288

infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl; reklama@pwn.pl

www.pwn.pl

Spis treści

Słowo wstępne

Prolog

Rozdział 1. Nasz nowy adres kosmiczny

Jesteś tutaj

Kim jest kosmograf?

Podstawowe, codzienne badania

Niebo na płaskorzeźbie: dodawanie trzeciego wymiaru

Wczesne pomiary odległości

Wielka Debata

Jasność absolutna, klucz do pomiaru odległości

Moje pierwsze kroki w nieznane

Tkając mój kokon

Rozdział 2. W dążeniu do Wielkiego Atraktora

Wszechświat w ruchu

Sporządzenie mapy wszystkiego, co jest w ruchu

Rozszerzanie się przestrzeni

Jak znaleźć prędkość własną galaktyki

Odkrywanie ruchu naszej Galaktyki we Wszechświecie

Siedmiu Samurajów

Na scenie pojawia się grawitacja

Zanurzenie się w południowym wszechświecie

Powrót na Ziemię

Ślepa uliczka

Rozdział 3. Świeżym okiem

Wszystko przyspiesza!

Jak zdobyto dziki zachód

Galaktyki spiralne w ruchu

Konkurs piękności: spiralna miss

Praca dająca korzyści

Coś nowego nadchodzi też ze wschodu

Prośby o oglądanie

Uznanie swoich błędów

Nasze pierwsze „nowoczesne” mapy

Przepływy kosmiczne

Rozdział 4. Gry rekonstrukcyjne

Wszystko staje się coraz większe!

Uroki filtra Wienera

Bądźmy bardziej techniczni

Światy według Daniela

Rozpoczyna się odliczanie

Wododziały

Bardzo osobliwy ruch

Narodziny supergromady

Rozdział 5. Za Laniakeą

Wirtualne wszechświaty

Berlińska Ballada

Chcę więcej!

W stronę jednorodnego Wszechświata?

Historia bez końca

Epilog

Podziękowania

Bibliografia

Prawa do ilustracji

Przypisy

Słowo wstępne

Kim jest kosmograf? Kosmograf rysuje mapy Wszechświata. Tak opisuje swoją pracę Hélène Courtois: tworzy diagramy przestrzeni. Istnieje jeszcze jeden wymiar czasowy, ponieważ w dziedzinie astronomii pokonywanie dużych odległości oznacza również podróżowanie w czasie. Zapnijcie więc pasy bezpieczeństwa. Ta książka zabierze was z naszego najbliższego otoczenia do miejsc oddalonych o 500 milionów lat świetlnych.

Setki tysięcy galaktyk wokół nas nie są rozmieszczone w regularnych odstępach czasu. Zamiast tego tworzą one gęste gromady oddzielone rozległymi, pustymi przestrzeniami połączonymi galaktycznymi włóknami jak ogromna pajęczyna. Mapa przedstawia tę kosmiczną sieć w dwóch wymiarach. Jak więc wygląda trzeci wymiar, który jest miarą głębokości?

Narracja toczy się szybko, gdy podążamy za autorką podczas jej podróży po świecie w celu pracy z wykorzystaniem różnych zaawansowanych urządzeń, najpierw teleskopów optycznych, a następnie radioteleskopów. Jej program badawczy wymagał współpracy z astronomami na całym świecie. Surfując na falach kosmicznych, zespół Hélène Courtois obserwuje niebo w dzień i w nocy, a także w każdej strefie czasowej. Na przykład w 2009 r. w ogóle mało spała, ponieważ była zajęta prowadzeniem 480 nocnych obserwacji.

Opracowanie trójwymiarowej mapy Lokalnego Wszechświata odgrywa kluczową rolę w tym procesie. Aby uwzględnić różne aspekty obserwacji, jak również brak danych dla niektórych regionów, konieczne jest zastosowanie niezwykle zaawansowanego oprogramowania. Jeśli prędkości galaktyk są niedostępne, można je zrekonstruować – jak mozaikę w Pompejach, w której brakuje kilku płytek. Algorytmy oparte na modelach i symulacjach ciemnej materii, obliczeniach optymalnych prawdopodobieństw oraz tzw. filtry Wienera, które minimalizują „szum”, pozwalają naukowcom odkryć dane, którymi nie dysponują.

Wszystkie te intensywne prace zaowocowały mapą naszej Supergromady Lokalnej i jej wododziałów: Supergromady Laniakea. Co ciekawe, zajmujemy pozycję na skraju gromady graniczącej z Wielką Pustką. Czy to zwiastuje odkrycie Wielkiego Atraktora? Czytelnicy wkrótce się o tym dowiedzą.

Dwudziestoletnie poszukiwania autorki tworzą gobelin z wieloma zabawnymi wycieczkami. Wzmianki dotyczące codziennego życia badaczy i astronomów dodają przyjemny, ludzki element. Przebieg prawdziwych badań nigdy nie był gładki! Po drodze można popełniać błędy, ale jeśli się wytrwa, to prowadzą one do nowych spostrzeżeń. Coraz częściej obserwacje kosmologiczne polegają na werbowaniu ogromnych sieci kolegów i współpracowników. Kariera autorki ilustruje tę zmianę w tej dziedzinie. Na początku pracowała z grupami liczącymi mniej niż dziesięć osób. Dziś bierze udział w pracy zespołowej na masową skalę, w tym w przygotowaniach do misji Euclid – projektu, który obejmuje tysiąc dwieście osób. Praca ta jest wyrazem uznania dla wspólnych wysiłków podejmowanych ponad granicami państw, gdzie poszczególne dziedziny wiedzy specjalistycznej łączą się w celu osiągnięcia wspólnego celu.

Wreszcie, aby nie przerywać wątku narracyjnego i objaśnić szczególnie trudne zagadnienia, w książce umieszczono krótkie, samodzielne uwagi, które można czytać osobno. Na każdej stronie książki Hélène Courtois wykorzystuje swój talent pedagogiczny, aby wyjaśnić, w jaki sposób określa się różne wskaźniki odległości, dlaczego Wszechświat się rozszerza, co oznaczają pojęcia ciemna materia i ciemna energia, kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła i inne. Jednym słowem, oferuje czytelnikowi krótką historię świata.

Françoise Combes

Astrofizyk

Francuska Akademia Nauk

Prolog

Nasza Galaktyka i jej sąsiedzi mkną przez Wszechświat ze zdumiewającą prędkością kilkuset kilometrów na sekundę. Fakt ten jest znany od początku lat 60. ubiegłego wieku. Wtedy jednak astrofizycy nie byli jeszcze w stanie w pełni wyjaśnić przyczyn. Później, w latach 90., amerykański zespół badawczy zaproponował, aby ruch ten rozumieć w świetle ogromnej masy, „Wielkiego Atraktora”, który, niestety, zajmuje obszar trudny do obserwowania.

Tak się składa, że Lyon, gdzie pracuję, słynie głównie z gastronomii – ale także, jak przeczytacie, z astronomii. Poszukując Wielkiego Atraktora, mój zespół i ja znaleźliśmy supergromadę galaktyk, do której należy nasza planeta i w której żyjemy. Nazwaliśmy ją Laniakea.

Ta książka ma na celu podzielenie się historią tego ogromnego odkrycia. Mam nadzieję przedstawić jasny i prosty przegląd Wszechświata i rządzących nim praw fizyki. W związku z tym pominięto skomplikowany zapis matematyczny. Użycie wzorów zawierających tylko potęgi dziesięciu oznacza poświęcenie odrobiny precyzji, ale cel uświęca środki: wyczerpujące przedstawienie, za pomocą codziennego języka, metody naukowej kierującej badaniami.

Na kolejnych stronach opisuję metody wizualizacji i analizy pozwalające nam na opracowanie map, które po kawałku odsłaniają wielkoskalowe struktury Wszechświata (włókna galaktyczne, supergromady i pustki). Czytelnicy poznają nowe, pozagalaktyczne środowisko (czyli przestrzenie poza naszą Galaktyką), które specjaliści nazywają „lokalnym”, mimo że rozciąga się na około 500 milionów lat świetlnych w każdą stronę.

Książka ta obejmuje również najbardziej aktualne odkrycia, które zostały dokonane od czasu naszego odkrycia Laniakei, czyli Sieć Prędkości Kosmicznych (Cosmic Velocity Web) oraz Odpychacz Dipolowy (Dipole Repeller) i Odpychacz Wielkiej Pustki (Cold Spot Repeller).

Część końcowa dotyczy badań wpływu, jaki to odkrycie wywarło na kosmologię. Rzeczywiście, ten program badań promował pełniejsze zrozumienie różnych sposobów tworzenia się galaktyk i jako taki stanowi podstawę do dalszych badań, które mają być prowadzone za pomocą teleskopów wieloantenowych działających zarówno na Ziemi, jak i w kosmosie.

W całej książce starałam się uhonorować niektórych badaczy wszystkich narodowości, którzy w ten czy inny sposób przyczynili się do przedstawionych tu odkryć. W szczególności zawarłam w niej kilka portretów wyjątkowych kobiet z dziedziny astrofizyki – Henrietty Leavitt, Sandry Faber, Wendy Freedman, Very Rubin i Renée Kraan-Korteweg – aby przedstawić inne spojrzenie na naukę i naukowców. Jest jeszcze wielu innych badaczy, którzy również zasługują na uwagę. To uznanie ma pokazać, że nie liczy się ani miejsce urodzenia, ani płeć, lecz indywidualna inicjatywa i praca zespołowa.

Ale te uwagi wstępne trwają już wystarczająco długo. Usiądźcie wygodnie i wybierzcie się w podróż w czasie i przestrzeni. Podróż odbędzie się drogą odkryć, które rozpoczęły się w australijskim buszu, kiedy byłam jeszcze studentką, i doprowadziły do moich ostatnich przygód wysoko nad hawajskimi palmami lub w punktach obserwacyjnych w samym sercu ogromnego obszaru ciszy radiowej.