Πριν από εκατό περίπου χρόνια, τη νύχτα μεταξύ 5ης και 6ης Οκτωβρίου 1923, οι άνθρωποι αντιλήφθηκαν για πρώτη φορά ότι υπάρχουν κι άλλοι γαλαξίες. Τότε ήταν που ο Edwin Hubble τράβηξε μια φωτογραφία ενός αντικειμένου που λέγεται νεφέλωμα Messier 31 (M31), το οποίο σήμερα γνωρίζουμε ως Γαλαξία της Ανδρομέδας. Η συγκεκριμένη φωτογραφία θεωρείται ένα ορόσημο γιατί μέχρι τότε οι περισσότεροι επιστήμονες θεωρούσαν ότι ο Milky Way ήταν όλο το σύμπαν, και η λέξη Γαλαξίας (Galaxy) χρησιμοποιούνταν απλώς ως συνώνυμο του...
Για τη «διάσημη» φωτογράφηση του, ο Hubble χρησιμοποίησε τα τεχνολογικά μέσα της εποχής, δηλαδή μια απλή φωτογραφική πλάκα με διαστάσεις περίπου 10x13 cm². Η πλάκα έλαβε δεδομένα για 45 λεπτά μέσω του τηλεσκοπίου Hooker των 100 ιντσών στο Αστεροσκοπείο Mount Wilson, σε μια περιοχή του Λος Άντζελες, στις ΗΠΑ. Η συγκεκριμένη φωτογραφική πλάκα, που ονομάζεται H335H (που σημαίνει «η πλάκα Hooker 335 που τραβήχτηκε από τον Hubble») είναι το «πιστοποιητικό γέννησης» για όλους τους άλλους γαλαξίες, η πρώτη καταγραφή της ύπαρξής τους.
Αυτή η φωτογραφία δεν είναι πολύ γνωστή στο ευρύ κοινό, αλλά θα έπρεπε να είναι εμβληματική, συμπεριλαμβανομένης της σημείωσης του Hubble που έγραψε με κόκκινα γράμματα τη λέξη "VAR!" και διέγραψε ένα "Ν" δίπλα σε ένα αστέρι. Αρχικά, είχε αναγνωρίσει ένα μικρό αντικείμενο που ήταν ορατό στη φωτογραφία ως ένα καινοφανές άστρο, ένα άστρο που θα είχε τυχαία και για λίγο αυξήσει τη φωτεινότητά του, στη συνέχεια θα είχε σβήσει και θα είχε γίνει πάλι αρκετά πιο αμυδρό. Εκείνη τη νύχτα, όμως, ο Hubble, προς έκπληξή του (αν κρίνει κανείς από το θαυμαστικό του), ανακάλυψε ότι η φωτεινότητα του άστρου μεταβαλλόταν περιοδικά. Ήταν ακριβώς ότι έψαχνε, ένα αστέρι από ένα ιδιαίτερα σημαντικό τύπο άστρων, τους Κηφείδες.
Το μεγάλο ντιμπέιτ των αστρονόμων
Εκείνη τη φθινοπωρινή νύχτα του 1923, είχαν ήδη περάσει πάνω από τρία χρόνια από μια δημόσια συζήτηση που έμεινε γνωστή στην ιστορία της Αστρονομίας ως το «Μεγάλο Ντιμπέιτ», στην οποία οι αστρονόμοι Harlow Shapley και Heber Curtis αντιπαρατέθηκαν για το αν ο Γαλαξίας μας ήταν το σύνολο του σύμπαντος (όπως υποστήριζε ο Shapley) ή αν μπορούσαν να υπάρχουν και άλλα μέρη παρόμοια με τον Γαλαξία μας κάπου πολύ πιο μακρυά (όπως έλεγε ο Curtis). Για να είμαστε ακριβείς, σε εκείνο το ντιμπέιτ των δύο επιστημόνων που έγινε το 1920 στις ΗΠΑ, οι απόψεις ήταν οι εξής δύο. Η μία άποψη (του Shapley αλλά και άλλων) που ήταν η επικρατούσα έλεγε ότι τα σπειροειδή νεφελώματα, όπως το M31 (που ήταν γνωστό με αυτό το όνομα από τα τέλη του 18ου αιώνα όταν ο Charles Messier δημοσίευσε τον Κατάλογο των Νεφελωμάτων και των Σμηνών Αστέρων του), ήταν μέρος του Γαλαξία μας. Αυτό ισοδυναμούσε με το να πεις ότι ο Γαλαξίας μας είναι όλο το σύμπαν. Από την άλλη πλευρά, όμως, υπήρχε η άποψη (που υποστήριξε ο Curtis και τελικά δικαιώθηκε από το Hubble) ότι τα σπειροειδή νεφελώματα δεν ήταν μέρος του γαλαξία μας, αλλά "συμπαντικά νησιά" (Island Universes) έξω από αυτόν και μάλιστα υπάρχουν και άλλα παρόμοια αντικείμενα στον κόσμο.
Ο Hubble δεν πρέπει να είχε πειστεί ιδιαίτερα από την επικρατούσα μέχρι τότε άποψη, γιατί έχει βάλει στόχο να απαντήσει σε ένα ερώτημα θεμελιώδες: πόσο μεγάλο είναι το σύμπαν; Για να βρει την απάντηση, έψαχνε για έναν τύπο αστέρα που είχε ανακαλυφθεί πολύ παλαιότερα, το 1784, και που είχε περιοδικά μεταβαλλόμενη φωτεινότητα. Το 1908, η αστρονόμος Ενριέττα Σουάν Λίβιτ (Henrietta Swan Leavitt) ανακάλυψε ότι η περίοδος μεταβλητότητας αυτών των αστέρων εξαρτάται από τη φωτεινότητά τους. Αυτά τα πολύ ιδιαίτερα αστέρια λέγονται Κηφείδες (Cepheid variables), επειδή το πρώτο που ανακαλύφθηκε ήταν το τέταρτο φωτεινότερο αστέρι στον αστερισμό του Κηφέα (που πήρε το όνομά του από τον πατέρα της Ανδρομέδας στην ελληνική μυθολογία). Ως εκ τούτου, το όνομά του αστεριού ήταν Delta Cephei και κάπως έτσι επικράτησε ο χαρακτηρισμός για όλους τους παρόμοιους αστέρες, τους Κηφείδες.
Ο Hubble γνώριζε ότι αυτή η σπουδαία ιδιότητα των κηφείδων που μας έδωσε το σύμπαν θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της απόστασης μακρινών αντικειμένων. Το μόνο που χρειαζόταν ήταν να εντοπίσουμε κάποιους Κηφείδες, να μελετήσουμε τη μεταβλητότητά τους, να προσδιορίσουμε την περίοδό τους (όλα αυτά απαιτούν πολλή υπομονή και αμέτρητους υπολογισμούς) και τότε μπορούμε να τα χρησιμοποιήσουμε για να υπολογίσουμε την ισχύ τους, δηλαδή την ενέργεια που απελευθερώνουν ανά δευτερόλεπτο. Οι αστροφυσικοί το αποκαλούν αυτό ως "φωτεινότητα" (luminosity). Συγκρίνοντας αυτή την ισχύ με το φως που λαμβάνουμε στην πραγματικότητα, μπορούμε να υπολογίσουμε την απόσταση τους από εμάς. Ακούγεται περίπλοκο, αλλά όλο αυτό βασίζεται στην πολύ προφανή ιδιότητα ότι οι φάροι, όσο φωτεινοί και εκτυφλωτικοί κι αν είναι όταν τους βλέπουμε από κοντά, γίνονται πιο αχνοί σε μεγαλύτερες αποστάσεις.
Σήμερα, μπορούμε να πούμε ότι, τη νύχτα της 5ης προς 6ης Οκτωβρίου 1923, ο Hubble ανακάλυψε την απεραντοσύνη του σύμπαντος. Με τις παρατηρήσεις του από εκείνη τη νύχτα και τις επόμενες εβδομάδες, ο Hubble υπολόγισε ότι η απόσταση της Ανδρομέδας ήταν περίπου 2 εκατομμύρια έτη φωτός μακρυά μας. Στο Μεγάλο Ντιμπέιτ, ο Shapley υποστήριζε το μέγεθος του Γαλαξία μας ήταν μεταξύ 30.000 και 300.000 ετών φωτός, οπότε ο υπολογισμός του Hubble ήταν αδιαμφισβήτητος: εκείνο το άστρο, γνωστό σήμερα ως V1 (δείτε παρακάτω τη φωτογραφία του από το τηλεσκόπιο Hubble 80 χρόνια αργότερα), το οποίο σίγουρα ανήκε στο νεφέλωμα της Ανδρομέδας, ήταν πολύ, πολύ πιο μακριά από τα όρια του Γαλαξία μας. Επιπλέον, σε εκείνη την απόσταση και λαμβάνοντας υπόψη το μέγεθος του νεφελώματος στον ουρανό με τη χρήση μιας άλλης φυσικομαθηματικής εξίσωσης που λέει ότι τα μακρινά αντικείμενα φαίνονται μικρότερα από ότι είναι, μπορούσε να υπολογιστεί ότι το μέγεθος της Ανδρομέδας ήταν παρόμοιο με αυτό του Γαλαξία μας.
Τα πολλά άλλα νεφελώματα που ήταν γνωστά εκείνη την εποχή βρίσκονταν σε αποστάσεις εξίσου μεγάλες ή μεγαλύτερες από αυτά τα 2 εκατομμύρια έτη φωτός, τα οποία ο Hubble και άλλοι αστρονόμοι μέτρησαν τα επόμενα έτη. Λίγη σημασία έχει το γεγονός ότι οι αποστάσεις του Hubble ήταν λανθασμένες κατά 2 φορές. Οι αριθμοί ήταν τόσο μεγάλοι, που το μόνο που μπορούσε να συμπεράνει κανείς ήταν ότι υπήρχαν και άλλοι Γαλαξίες. Αυτή ήταν η γέννηση ενός νέου όρου, ενός νέου κλάδου της επιστήμης, μιας εντελώς νέας αντίληψης για το σύμπαν. Εκείνη τη νύχτα, πριν από 100 χρόνια, πήραμε τα δεδομένα για να μάθουμε ότι το σύμπαν είναι γιγαντιαίο, και το μέγεθός του ήταν πολύ μεγαλύτερο από αυτό που φανταζόμασταν. Από εκείνη τη στιγμή, το σύμπαν δεν ήταν ποτέ πια το ίδιο.