Hubblov teleskop odfotil zrod vesmíru
Hubblov teleskop, vesmírny ďalekohľad umiestnený na obežnej dráhe Zeme, poskytol pohľad na najvzdialenejšiu časť vesmíru, akú človek doteraz mohol vnímať.
Obrázok ukazuje jej
malú časť, nazvanú Hubble Ultra Deep Field, ktorá obsahuje asi 10 000 galaxií.
Astronómom poskytol pohľad do čias, keď po Veľkom tresku vznikal vesmír.
Hubblov teleskop priniesol obrázky z najvzdialenejších kútov známeho vesmíru a
priblížil sa k hranici, keď vznikali galaxie v podobe, ako ich poznáme a skúmame
dnes. Výrez vesmíru ozdobený tisíckami galaxií predstavuje ukážku kozmu počas
jeho histórie trvajúcej miliardy svetelných rokov. Svet obleletel čierny obrázok
plný farbených bodiek a škvŕn. Fotografia zobrazuje galaxie najrôznejších tvarov
a farieb. Malé červené galaxie patria medzi tie najvzdialenejšie a vznikli v
čase, keď mal vesmír asi 800 miliónov rokov. Tie jasnejšie a bližšie vznikali
asi pred jednou miliardou rokov, to už bol vesmír starý 13 miliárd rokov. Pre
vedcov je to vzrušujúca sonda do najhlbšej histórie vesmíru, keď sa z
počiatočného chaosu začali vytvárať prvé organizované štruktúry.
Pohľad do sektora nazvaného Hubble Ultra Deep Field trval celkovo 11,3 dňa.
Teleskop musel 400-krát obkrúžiť Zem a na vybrané miesto sa „pozeral“ vždy 21
minút v 800 expozíciách. Kamera tak zachytila fotóny (elementárne častice
svetla), ktoré boli vyžiarené v čase, keď Zem ešte neexistovala. Fotóny dopadali
na film v množstve jeden za minútu. Pre porovnanie: z blízkych galaxií
prichádzajú milióny fotónov za minútu.
Na základe získaných obrázkov a s nimi súvisiacich informácií majú vzniknúť
desiatky štúdií, ktoré prispejú k objasneniu zrodu a ďalšieho vývoja galaxií.
Zhluk galaxií v dávnej minulosti
Dávno predtým, než alchymisti stredoveku mohli snívať o premene bežných kovov na zlato, jadrové procesy vytvárali tie najťažšie elementy periodickej sústavy prvkov v "peci" hviezd vo vnútri super masívneho zhluku galaxií, známych pod katalógovým menom RDCS 1252.9-2927. Záber vesmírneho observatória Chandra nie je v pravých farbách . Jednotlivé zhluky galaxií sú vo viditeľnom pásme svetla červené, žlté a zelené. Röntgenové údaje (fialová) odhaľujú horúci plyn bohatý na ťažké elementy vypĺňajúci priestor medzi zhlukmi galaxií. Využitím vesmírneho observatória Chandra a röntgenového vesmírneho teleskopu XMM-Newton, ako aj Hubblovho vesmírneho teleskopu a pozemského systému teleskopov VLT (Very Large Telescope), určili astronómovia, že zhluk galaxií je od nás vzdialený na 9 miliárd svetelných rokov. V okamihu, keď svetlo z týchto galaxií vyrazilo k nám, samotný vesmír bol len 3 miliardy rokov starý. Hmotnosť zhluku galaxií je 2.1012 (200 000 miliárd) krát väčšia, než hmotnosť Slnka, tj. asi sto krát viac, než hmotnosť celej Mliečnej dráhy (našej domovskej galaxie). Jednoznačne sa jedná o najmasívnejší objekt nájdený v tak rannom štádiu vývoja vesmíru. Pokiaľ sa z tohoto zhluku vytvorila jediná čierna diera, je tak mohutná, že pri voľnom páde by pozorovateľ padal (podľa svojho vlastného času) od horizontu udalosti k samotnej singularite v strede viac ako týždeň (pri takom voľnom páde by stále mohol pozorovať okolitý vesmír a videl by aj jeho zánik).
Hĺbavý pohľad do hlbokého vesmíru
Obrázok vyššie je z 15. januára 1996, keď Hubblov
vesmírny teleskop snímal malú oblasť vesmíru, na ktorom sú vidieť objekty
vzdialené desať miliárd sveteľných rokov. Vidíme minulosť, ktorá bola pred
desiatimi miliardami rokov (vtedy svetlá galaxií na obrázku vyrazili na svoju
púť, aby dorazili až k nám).
Uplynulo osem rokov a Hubblov vesmírny teleskop, s citlivejšími kamerami
zahľadel znova do hlbokého vesmíru, teraz na dobu rekordných 80 dní hľadel na
jediný kúsok. Podľa predpokladov budeme vidieť na nových obrázkoch vesmír starý
len 600 tisíc rokov (počítajúc od veľkého tresku). Obrázok vyššie ukazuje len
veľmi malý kúsok vesmíru (rádovo priestor, o niečo menší, než zaberá Mesiac za
úplnku), napriek tomu je tu obrovské množstvo galaxií.
Hlboký vesmír nám už priniesol mnohé prekvapenia, jedným z posledných bol objav,
že vesmír zrýchľuje
svoje rozpínanie. Toto
zrýchlenie v rozpínaní sa prejavuje až v neskoršom vesmíre, kým vo vesmíre
(časovo) blízko k veľkému tresku ešte nie. Veľmi vzdialené supernovy (objavené v
hlbokom vesmíre) sú jasnejšie, než by mali byť. Z mnohých možných vysvetlení po
mnohých pozorovaniach prežilo len vysvetlenie, že veľmi vzdialené objekty sa od
nás síce vzďaľujú, ale nezrýchľujú, kým u objektoch vzdialených približne na 4
až 9 miliárd sveteľných rokov je badateľné zrýchlenie, čo sa prejavuje v menšom
jase supernovy.
Nové údaje z hlbokého vesmíru zhotovené Hubblovým vesmírnym teleskopom sú
očakávané s veľkým napätím.
Atlas galaxií
Obrázok ukazuje panoramatický pohľad galaxií za hranicami Našej vlastnej galaxie (Mliečnej dráhy). Tento atlas nazývajú astronómovia rozšíreným zdrojom získaným v rámci projektu Two Micron All-Sky Survey. Atlas bol zhotovený z databáze obsahujúcej údaje viac ako 1,6 miliónu galaxií, viac ako polovica galaxií nikdy predtým nebola katalogizovaná. Galaxie boli pozorované na vlnovej dĺžke 2,2 mikrónov (odtiaľ časť názvu projektu). Bola zaznamenaná relatívna jasnosť galaxií na tejto vlnovej dĺžke. Tie najjasnejšie a preto aj najbližšie, sú v atlase vyznačené modrou farbou, kým tie najmenej jasné, a preto najvzdialenejšie, zase červenou. Farby medzi dvomi krajnými farbami dúhy odzrkadľujú teda blízkosť galaxií a dávajú nám možnosť uvidieť trojrozmernú štruktúru okolitého vesmíru v najväčších merítkach. Na obrázku môžete vidieť, že galaxie a kopy galaxií nie sú rozmiestnené úplne náhodne, ale vytvárajú vláknitú štruktúru. Napriek obrovskému počtu galaxií katalogizovaných v rámci projektu 2MASS, jedná sa len o malú časť všetkých galaxií. Ich počet sa pohybuje podľa odhadu na úrovni desiatok miliárd, teda približne na každú hviezdu v našej domovskej galaxii (v Mliečnej ceste) pripadá jedna galaxia. Je to obrovské číslo. Pokiaľ si predstavíte, že by ste si chceli podať ruku s každým človekom na Zemi, ktorý žije súčasne s vami, a na každé podanie ruky by ste venoval jednu sekundu, tak zvládnuť mesto, ako Nitra by vám trvalo len jeden deň. Zvládnuť všetkých obyvateľov Zeme by však trval celý váš život - samozrejme len za predpokladu, že budete žiť tak dlho, ako korytnačka, aspoň 300 rokov. Na každého obyvateľa Zeme pritom pripadá desať hviezd v Mliečnej dráhe a približne aj desať galaxií niekde vo vesmíre. Na obrázku dobre vynikajú kopy a nadkopy galaxií. Tmavý pás na obrázku je miesto, kde Mliečna dráha zakrýva výhľad.
Atlas 1,6 milióna galaxií, z ktorých vyše polovička predtým nikdy nebola katalogizovaná
Vo vesmíre...
Znázornenie oblasti, v ktorej sa zmapovalo rozloženie galaxií. Výrez má svoje vrcholy na Zemi, v slnečnej sústave v jednej z ramien Mliečnej dráhy, ktorá je znázornená.
Objavenie nových svetadielov si vyžiadalo ich
zmapovanie. Zaznamenanie pobrežia, toku riek, polohy hôr mali zjednodušiť
orientáciu a hrali životne dôležitú v navigácii. Sme ďaleko od toho, aby sme
podnikli medzihviezdne, či medzigalaktické lety, ale zmapovanie nášho nie tak
blízkeho okolia predsa hrá dôležitú úlohu, keď už nie kvôli niečomu inému, kvôli
poznaniu vesmíru a na rozšírenie našej vzdelanosti. Pomocou výkonných
ďalekohľadov a fyzikálnych zákonov sme schopní toto zmapovanie vesmíru urobiť
bez toho, aby sme opustili našu slnečnú sústavu.
V rámci spoločného projektu Spojeného kráľovstva
Veľkej
Británie a Austrálie "The 2dF Galaxy Redshift Survey" bolo zmapovaných vyše 220
tisíc galaxií v úzkom výreze, ako to ukazuje obrázok vľavo. Výrez bol vybraný
tak, aby Mliečna dráha "nezacláňala" vo výhľade na okolitý vesmír. Výrez
predstavuje len veľmi malú časť celkovej južnej oblohy, napriek tomu je v nej
mimoriadne veľa galaxií a dá sa predpokladať, že nie je tomu inak ani v ostatnej
časti vesmíru. Vzdialenosti galaxií sa určujú využitím Dopplerovského červeného
posunu galaxií. V závislosti od rýchlosti, s ktorou sa galaxie vzďaľujú, posúva
sa aj ich svetlo smerom k dlhším vlnovým dĺžkam. Chemické prvky pri ionizácii
vyžarujú svetlo
charakteristickej vlnovej dĺžky,
ktoré je možné identifikovať aj z tejto obrovskej vzdialenosti a možno určiť
rýchlosť, ktorou sa zdroj (galaxia) vzďaľuje. Z tejto rýchlostí a z toho ako sa
rozpína vesmír vieme určiť vzdialenosť danej galaxie.
Obrázok vyššie je mapou galaxií v tomto výreze (každý bod predstavuje jednu
galaxiu). Po stranách výrezu je uvedený koeficient červeného posunu a súčasne aj
prepočet na vzdialenosť (v miliardách svetelných rokov). Dobre vidieť
vláknitú štruktúru, do
ktorej sa galaxie organizujú vo vesmíre (galaxie nie sú "rozhádzané" rovnomerne
v priestore).
Rastom vzdialenosti klesá aj počet galaxií, čo by mohol viesť k mylnej predstave
(nebola by to žiadna výnimka v histórii ľudstva), že keď už nie Zem a slnečná
sústava, tak aspoň Mliečna dráha je niekde v strede vesmíru.
Relatívny pokles pozorovaných galaxií je daný jednak tým, že rastom vzdialenosti
slabne aj svetlo galaxií. Výkonnejší teleskop dokáže objaviť veľký počet galaxií
aj v tmavej časti oblohy.
Druhým dôvodom je to, že galaxie neboli tu od vždy, začali sa formovať v určitom
štádiu vesmíru. Čím hladíme do väčšej vzdialenosti o to rannejšie štádium
vesmíru vidíme, čo súvisí s tým, že zo vzdialenosti jednej miliardy svetelných
rokov trvá svetlu cesta k nám jednu miliardu rokov.
Obrázky zľava doprava ukazujú blízke okolie slnečnej sústavy do vzdialenosti 12,5 svetelných rokov, do 250 svetelných rokov a do 10 000 svetelných rokov.
Hviezda, ktorá je najbližšie k našej slnečnej sústave,
je Proxima Centauri vo vzdialenosti 4,22 svetelných rokov a je členom
systému a-Centauri. Jedná sa o
slabo svietiaci červený trpaslík, vo vzdialenosti 0,24 svetelných rokov od
hlavnej dvojice hviezd systému. Obieha okolo tejto dvojice a doba obehu trvá
niečo okolo milión rokov. Táto hviezda bola objavená v roku 1915 Robertom
Innesom a vyznačuje sa aj tým, že občas výrazne zmení svoj v priebehu pár minút.
Takáto nestabilita Slnka by vyhladila na Zemi život, ktorý poznáme dnes.
Vo vzdialenosti nasleduje spomínaná dvojica a-Centauri
A a B (nazývané tiež Rigel Kentaurus A a B), oranžový a žltý
trpaslík, ktoré obiehajú okolo spoločného ťažiska periódou 80 rokov.
Druhý obrázok (v strede) ukazuje 1500 najjasnejších hviezd do vzdialenosti 250
svetelných rokov.
Tretí obrázok (vpravo) ukazuje "náš kútik" v Mliečnej dráhe. Slnko so slnečnou
sústavou sa nachádza v Orionovom ramene, ktoré je v porovnaní s ramenom
Sagitarius celkom malé rameno. Na obrázku je vyzdvihnutých niekoľko hviezd,
ktoré môžeme vidieť aj voľným okom. Dominantné sú hviezdy v súhvezdí Oriónu, z
ktorého rameno dostalo svoje meno. Všetky tieto hviezdy sú jasné obry alebo
superobry, tisíce krát jasnejšie, než Slnko. Najjasnejšou hviezdou je v súhvezdí
Cassiopeia, ktorej jas prevyšuje jas Slnka stotisíc násobne, vďaka veľkej
vzdialenosti (4000 svetelných rokov) je však slabunkou hviezdou na našej
severnej nočnej oblohe.
Obrázky zľav doprava ukazujú menej blízke okolie
slnečnej sústavy, do vzdialenosti 100 tisíc svetelných rokov, milión svetelných
rokov desať miliónov svetelných rokov.
Prvý obrázok vyššie je obrázkom celej Mliečnej dráhy, ktorého ramená sú tvorené
asi 200 miliardami hviezd. Naše Slnko sa nachádza hlboko v Orionovom ramene
približne vo vzdialenosti 26 tisíc svetelných rokov od centra galaxie. Smerom k
tomuto stredu sú hviezdy bližšie k sebe, než v okolí našej slnečnej sústavy. Na
obrázku možno vidieť aj malú guľovitú hviezdokopu, ktorá patrí k Mliečnej dráhe,
ale pohybuje sa mimo rovinu ekliptiky galaxie.
Vo väčšej vzdialenosti od Mliečnej dráhy sa nachádza viac, desiatky trpasličích
galaxií (pozri druhý obrázok uprostred), skladajúce sa z desiatok miliónov
hviezd. Tieto trpasličie galaxie udržuje vo svojej gravitačnej pasci Mliečna
dráha, nútiac ich krúžiť okolo s periódou obehu niekoľko miliárd rokov.
Mliečna Dráha spolu s tromi väčšími galaxiami patrí ku skupine galaxií
nazývaných Lokálna skupina, obsahujúcich aj spomínané trpasličie galaxie.
Mnohé trpasličie galaxie sú na tak veľké vzdialenosti už špatne pozorovateľné,
preto je pravdepodobné, že väčšina z nich zatiaľ čaká na objavenie.
Obrázky zľava doprava ukazujú vzdialené okolie
Mliečnej dráhy do vzdialenosti 200 miliónov svetelných rokov, jednu miliardu
svetelných rokov a celý viditeľný vesmír.
Naša galaxia (Mliečna dráha) je len jedna z tisícok galaxií, ktoré sú vo
vzdialenosti 100 miliónov svetelných rokov, ako to ukazuje aj prvý obrázok
vyššie (vľavo). Galaxie majú tendencie zhlukovať sa a vytvárať kopy galaxií.
Najbližšia väčšia kopa galaxií sa nazýva Virgo, ktorá je zhlukom niekoľko
sto galaxií a dominuje svojmu okoliu s kopami galaxií. Všetky tieto kopy galaxií
vytvárajú ešte väčší útvar, superkopu galaxií, v tomto prípade nazývanú znova
Virgo.
Na obrázku uprostred je znázornené to, že galaxie, kopy galaxií i superkopy
vypĺňajú vesmír nerovnorodým spôsobom vytvárajúc vláknitú štruktúru, medzi
ktorými sa nachádza priestor, ktorý je skoro prázdny. Tým samozrejme myslíme len
to, že počet galaxií je podstatne menší, než vo vláknitých štruktúrach. Tento
obrázok ukazuje približne sedem percent celého viditeľného vesmíru, ktorý je
znázornený na obrázku vpravo. Nakoľko svetlo sa nerušene šíri vo vesmíre síce
len približne 12,6 miliardy rokov, do väčšej vzdialenosti než 12,6 miliárd
rokov. Pohľad do takejto vzdialenosti je uzavretý pred našimi zrakmi mikrovlným
žiarením, ale galaxie nie sú vidieť ani v menšej vzdialenosti - aj galaxie
potrebovali čas, než sa vytvorili.
Galaxie vo vesmíre
Viditeľná hmota, tmavá hmota a tmavá energia sú jedny z
najviac vzrušujúcich výskumných tém astronómie a astrofyziky v posledné roky. S
istotou vieme popísať len viditeľnú hmotu. Je to všetko, čo vo vesmíre vidíme:
Slnko,
planéty,
kométy
hviezdy,
pulzary,
galaxie,
žiariace plyny,
prachové mračná odrážajúce svetlo hviezd,
prachové mračná pohlcujúce svetlo hviezd
a mohli by sme pokračovať ďalej. V skutočnosti tieto objekty predstavujú len
malý podiel z celkovej hmoty aj energie (E=mc2), ktoré sú vo
vesmíre prítomné - konkrétne len niečo okolo 4%.
Ten zbytok tvorí tmavá hmota a tmavá energia. Čo sú zač, tak o tom vieme málo.
Tmavá hmota má vlastnosti ako normálna hmota, tj. gravitačne priťahuje k sebe
všetko, ohýba okolo seba priestoročas, ale nevydáva svetlo. Mohli by to byť
čierne diery, dokonca miniatúrne čierne diery vzniklé pri Veľkom tresku, s
istotou to však nevieme. Doterajšie výskumy ukazujú, že tmavá hmota predstavuje
približne 23% energie vesmíru, teda šesťkrát viac, než je viditeľná hmota.
Čo však je tmavá energia? Tmavá energia predstavuje
zbytok celkovej energie
(teda niečo okolo 73%), pritom táto forma energie vyvoláva odpudivé gravitačné
sily.
Existuje však tmavá energia skutočne? Ak existuje aké má vlastnosti? Použitím
obrázkov kopy galaxií z observatória Chandra, vypracovali vedci novú metódu pre
štúdium vlastností tmavej energie. Výsledky výskumu nás vedú k zaujímavým
vlastnostiam, ktoré sú úzko spojené s osudom celého vesmíru.
Vesmír sa rozpína, to je dobre známy fakt. Dlho sa myslelo, že jeho rozpínanie
sa spomaľuje, je spomalené vlastnou gravitáciou objektov vo vesmíre, ktoré sa
vzájomne priťahujú. Dobre známym faktom je aj to, že z rôznych vzdialeností sa
svetlo k nám dostáva za dobu, ktorú toto svetlo potrebovalo k prekonaniu tejto
vzdialenosti. Svetlo pritom nesie informáciu o svojom zdroji v okamihu, keď
zdroj opustil, je to ako pošta vo fľaši, ktorá k nám doráža dnes. Čím z väčšej
vzdialenosti správa putuje, o to je správa staršia, o to starší stav vesmíru
odráža. Inými slovami:
pohľad
do väčšej vzdialenosti znamená vidieť mladší vesmír, vesmír v rannejšom štádiu.
Všetko, na čo sa pozrieme (máme tu na mysli hlavne väčšie vzdialenosti - v
astronomických merítkach), sa od nás vzďaľuje. Čím je niečo ďalej, o to
rýchlejšie. Rýchlosť je ale len jedna informácia. Zrýchlenie týchto objektov je
informácia nezávislá od rýchlosti. Ako sme spomínali, predpokladalo sa predtým,
že každé vzďaľovanie sa musí spomaľovať. Posledné výskumy však ukazujú, že nie
je tomu tak.
Pomocou observatória Chandra bolo preskúmaných 26 kôp galaxií v rôznych
vzdialenostiach od jedného do osem miliárd svetelných rokov. Tieto vzdialenosti
zodpovedajú cestovaniu v čase späť o jeden až osem miliárd rokov. V tomto
časovom rozpätí vesmír najprv spomaľoval svoje rozpínanie, než začal zrýchľovať.
Toto zrýchlenie je dôsledkom odpudivého gravitačného pôsobenia tmavej energie.
Existujú dnes tri od seba nezávislé experimenty, ktoré potvrdzujú existenciu
tmavej energie. Jedna je založená na meraní nerovností (fluktuácií) v reliktnom
žiarení (WMAP2),
ďalšia meria priamo zrýchlenie supernov (Hubblov vesmírny teleskop - HST) a
teraz pribudlo tretie meranie pomocou observatória Chandra, kde sa merania
vykonávajú na kopách galaxií.
Práve tieto posledné merania poukázali na to, že veľkosť tmavej energie sa v
čase nemení rýchlo, dalo by sa povedať, že veľkosť silového pôsobenia tmavej
energie je konštantné. Veľkosť gravitačných síl medzi hviezdami klesá kvadrátom
vzdialenosti, preto môže byť, že kým vesmír bol malý a gravitačné pôsobenie
medzi viditeľnou a tmavou hmotou bolo veľké, odpudivé sily tmavej energie boli
premožené. V určitom štádiu však vzdialenosť medzi hmotnými objektmi zväčšil
natoľko, že neslabnúce odpudivé sily tmavej energie začali prevládať nad
príťažlivými gravitačnými silami, vesmír začal zrýchľovať svoje rozpínanie. To
je dnešné štádium.
Konštantnosť odpudivých síl tmavej energie sú v dobrom súhlase s Einsteinovým
pôvodným predpokladom o existencii takejto kozmologickej konštanty.
Pokiaľ tmavá energia bude pôsobiť nemenne aj naďalej, za miliardy a miliardy
rokov sa galaxia vzdialia navzájom do takej miery, že bude vidieť už len ich
malú časť.
Osud vesmíru však môže byť ešte dramatickejší, pokiaľ je táto odpudivá sila
skutočne konštantná. Môže dôjsť k "rozprášeniu" galaxií na jednotlivé hviezdy,
planéty môžu byť odtrhnuté od svojho slnka, nedá sa dokonca vylúčiť ani to, že
všetko rozpadne na svoje atómy.
Na čom je založená nová metóda štúdia vlastností tmavej energie? Kopy galaxií sú
natoľko veľké, že podľa predpokladu dobre modelujú vesmír ako taký v malom.
Použitím tohoto predpokladu sa ukazuje, že vesmír začal zrýchľovať svoje
rozpínanie približne pred šiestimi miliardami rokov.
Tento výsledok je vo veľmi dobrom súlade s výsledkami z pozorovania supernov
(HST), ktoré ako prvé poukázali na odpudivý charakter síl generovaných tmavou
energiou. Treba zdôrazniť, že merania na kopách galaxií sú nezávislé od meraní
vykonaných na supernovách. Takéto nezávislé merania sú základným kameňom vedy.
Porovnaním výsledkov z WMAP spresnil odhad množstva v úvode spomenutých foriem
hmoty a energie vo vesmíre. Ukazuje sa, že tmavá energia predstavuje 75%, tmavá
hmota 21% a viditeľná hmota 4% vesmíru. Spomínali sme, že tmavá energia je
konštantná, ale výsledky v rámci presnosti meraní pripúšťajú aj jej rast.
Bez pochopenia pravej podstaty tmavej energie nebudeme schopní predpovedať do
akého štádia speje náš vesmír.
Obrázok je kompozíciou snímku vo viditeľnej oblasti (modrá farba) a snímku v röntgenovej oblasti (červená farba) kopy galaxií Abell 2029. Červenou farbou vidíme vyžarovanie intergalaktického plynu zohriateho mohutnou gravitáciou až na 100 miliónov stupňov celzia. V strede je vidieť veľká eliptická galaxia obklopená menšími galaxiami. Toto vyžarovanie je viditeľné len v röntgenovej oblasti svetla. Kopa galaxií sa nachádza vo vzdialenosti približne jednej miliardy svetelných rokov.
Astronómovia objavili prvú neviditeľnú galaxiu
Astronómovia po prvýkrát v histórii objavili neviditeľnú galaxiu, ktorá môže byť prvou z veľkého množstva, ktoré astronómom umožní rozriešiť jedno z najväčších kozmických tajomstiev. Zdá sa, že objekt tvorí najmä "temná hmota," materiál neznámeho pôvodu, ktorý nemôžeme pozorovať. Teoretici už dlhú dobu predpokladali, že vesmír tvorí temná hmota. Jej prítomnosť je nutná kvôli vysvetleniu dodatočnej gravitačnej sily, ktorá je pozorovaná v prípade väzby bežných galaxií spolu a ktorá tiež dohromady viaže veľké kusy galaxií. Teoretici sa tiež domnievajú, že spojovacími článkami pri vývoji prvých hviezd a galaxií boli uzly temnej hmoty. V rannom vesmíre temná hmota kondenzovala podobne ako kvapky vody na pavučine. Bežná hmota (najmä vodíkový plyn) bola gravitačne priťahovaná k týmto uzlom temnej hmoty a v okamžiku dostatočnej hustoty začali vznikať hviezdy ako zárodky galaxií. Z teórie vychádza, že aj dnes vo vesmíre zostali roztrúsené kusy čistej temnej hmoty. V roku 2001 tým pod vedením Neila Trenthama z University of Cambridge tiež predpovedal existenciu celých temných galaxií. Nová galaxia bola detekovaná pomocou rádioteleskopov. Podobné objekty môžu byť veľmi časté alebo veľmi zriedkavé, hovorí Robert Minchin z Cardiff University, UK. "Ak u galaxií budú chýbať hala temnej hmoty, ktorých existencia vychádza zo simulácie formácie galaxií a ktorá nebola objavená na optických prehliadkach, potom tu môže byť viac temných galaxií než galaxií bežných," hovorí Minchin. Minchin so svojimi kolegami hľadal na rádiových vlnách na žiarení vodíku v kope galaxií v Panne (nachádzajúcej sa od nás vo vzdialenosti asi 50 miliónov sv. rokov). Tu bola objavená prvá temná galaxia, ktorá predstavuje hmotu stovky miliónov hmoty Sĺnk. Teraz nesie meno VIRGOHI21. Väčšina materiálu rotuje tak rýchlo, že to nemôžeme vysvetliť pozorovaným množstvom plynu. "Na základe spinovej rotácie sme si uvedomili, že VIRGOHI21 je tisíckrát hmotnejšia než vychádza zo samotných pozorovaných vodíkových atómov," hovorí Minchin. "Ak by bola normálnou galaxiou, bola by jasná a dobre pozorovateľná v bežných amatérskych ďalekohľadoch." Pomer temnej hmoty k bežnej hmote je najmenej 500:1, čo je viac, než by sme očakávali pri bežnej galaxii," hovorí Minchin. "No v prípade takto unikátneho objektu je veľmi obtiažne hovoriť o tom čo môžeme očakávať. Takto vysoký pomer však môže byť nutný k udržaniu plynu od kolapsu po vznik hviezd." Iné potenciálne temné galaxie už boli skôr objavené. No detailné pozorovanie odhalilo hviezdy. V prípade VIRGOHI21 ani intenzívne pozorovania vo viditeľnom svetle žiadne hviezdy neodhalili. Myslíme si, že neviditeľná galaxia nemá hviezdy, pretože jej hustota nie je dostatočne veľká na spustenie pokusu zrodu hviezd, dodávajú astronómovia. Objav bol zistený v r. 2000 pomocou University of Manchester Lovell Telescope a astronómovia od tej doby pracovali na jeho overení. Až 23. februára bol oznámený. "Vesmír nám stále ešte neodhalil všetky svoje tajomstvá, ale teraz sme asi na stope spôsobu, ako sa k nim dostať," hovorí astronóm Jon Davies, Cardiff University, UK. Jedná sa naozaj o vzrušujúci objav." Dodatočné rádiové pozorovania boli robené na Arecibo Obsarvatory, Puerto Rico. Následné optické pozorovania bola uskutočnené na Isaac Newton Telescope, La Palma. K výskumu prispeli astronómovia z Anglicka, Francúzska, Talianska a Austrálie. Projekt teraz pokračuje vyhľadávaním ďalších možných temných galaxií.
Kvazary
S obrázkom je spojená mimoriadne zaujímavý výskum,
týkajúci sa samotnej podstaty Univerza.
Čiernobiela fotografia ukazuje kvazar. Kvazary sú veľmi vzdialené a veľmi
intenzívne svietiace objekty (prvé boli objavené až v roku 1963). Pravdepodobne
sa jedná o obnažené jadrá vznikajúcich galaxií so supermasívnou čiernou dierou v
strede. Na fotografii je dobre vidieť slabé závoje na oboch stranách, ktoré
tvoria zbytky galaxie pod gravitačným pôsobením kvazaru.
Vzdialenosť kvazarov sa charakterizuje pomocou koeficientu červeného posunu z.
Tento koeficient vyjadruje, koľkokrát bol náš rozpínajúci sa vesmír menší v
okamihu, keď svetlo z kvazaru sa vydalo na púť k nám. Najvzdialenejšie kvazary
majú koeficient červeného posunu z okolo 5. Svetlo, ktoré k nám dorazí zo
vzdialených objektov sa posúva smerom k červenej časti spektra Koeficient z+1
vyjadruje koľkonásobne je väčšia vlnová dĺžka nami registrovaného svetla, než
malo v okamihu, keď bolo vyžiarené kvazarom. Všetky vlnové dĺžky sa posúvajú
smerom k väčším vlnovým dĺžkam pomerom (z+1)
Na hornom obrázku vidieť spektrum svetla kvazaru s červeným posunom 0.1, pod ním spektrum svetla kvazaru s červeným posunom 0.2. Vďaka podobnému chemickému zloženiu oboch kvazarov, v oboch spektrách môžeme identifikovať emisné čiary rovnakých chemických prvkov. Keby sa spektrálne čiary neposúvali s rastúcou vzdialenosťou kvazarov rovnomerne, znamenalo by to nestálosť univerzálnych fyzikálnych konštánt (rýchlosť svetla vo vákuu, elementárny elektrický náboj a pod.). Ich hodnota by sa počas vývoja rozpínajúceho sa vesmíru menila.
Tento dobre badať už na spektre dvoch relatívne
blízkych kvazarov (z=0.1 a z=0.2). Grafy ukazujú závislosť
intenzity žiarenia kvazaru v závislosti na vlnovej dĺžke (vlnová dĺžka rastie na
grafoch smerom doprava). Jednotlivé piky v spektre (zvýraznené zvislými zelenými
čiarami) zodpovedajú žiareniu ionizovaných atómov vodíka, hélia a rôznych
prvkov, z ktorých sa hviezdy väčšinou skladajú - krátko len emisným čiaram
chemických prvkov. Zvislé fialové čiary slúžia na porovnanie tohoto posunu.
Porovnaním oboch grafov je vidieť (ale ukazuje sa aj presným meraním), že emisné
čiary sa posúvajú všetky v skupine, koeficientom z+1.
To je zatiaľ aj v poriadku. Pred nedávnom však bolo zistené, že v prípade veľmi
vzdialených kvazarov sa tieto emisné čiary posúvajú iným spôsobom, čo sa dalo
vysvetliť tým, že univerzálne konštanty ako rýchlosť svetla vo vákuu, veľkosť
elementárneho náboja a podobne, nie vždy mali tú istú hodnotu, ale menili sa
vývojom rozpínajúceho sa vesmíru.
Na prvý pohľad skoro neškodné zistenie by mal mimoriadne závažné dôsledky. Tieto
konštanty mimo iné aj určujú charakter chemických väzieb, teda aj funkčnosť
živých organizmov. Malá zmena týchto konštánt môže zákony, ktorými sa riadia
chemické reakcie všetkých typov, teda aj organických zlúčenín zmeniť do takej
miery, že život v podobe, ktorú poznáme, by nemohol existovať. Nemohol existovať
v rannom štádiu vesmíru a nebude môcť existovať v neskorom štádiu vesmíru. Jedná
sa samozrejme o časové rozpätie rádovo desiatok miliárd rokov. V každom prípade
to pripomína mýty a rozprávky, kde starí bohovia odchádzajú a noví prichádzajú.
Merania boli zopakované a zameralo sa na porovnávanie takých spektrálnych čiar,
ktoré sa dajú identifikovať v spektre kvazaru s väčšou istotou. Výsledkom nových
zistení je, že univerzálne konštanty sa buď nemenia, alebo sa zmenili za
posledných 10 miliárd rokov tak nepatrne, že sa nedajú zatiaľ preukázať.
Protirečiace výsledky sú novým stimulom pre presnejšie merania v snahe rozhodnúť
o premenlivosti alebo nemennosti univerzálnych fyzikálnych konštánt.
Na obrázku vidieť kvazar s okolím (so zbytkom rozvrátenej galaxie)