Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Ozvěna velkého třesku

Publikováno: Vesmír 95, 166, 2016/3

Abstraktní umění, nebo věda? Obojí a mnohem více! Obrázek 2 sestavený z dat evropské družice Planck je výřezem z mapy rozložení prachu a magnetického pole v Galaxii. Zachycuje záření pro naše oči neviditelné, barvy, jež propůjčují obrazu největší díl krásy, jsou proto dodány uměle. Linie vyznačují magnetické pole.

Obraz se skládá z údajů získaných na třech různých frekvencích v oblasti stovek gigahertzů (obr. 2). Nejnápadnější jsou na něm Magellanova mračna, trpasličí galaxie doprovázející Mléčnou dráhu, jejíž část vidíme jako žlutohnědý pás při horním okraji. Vybíhá z ní dlouhý prachový filament. Díváme se směrem, kde se ve viditelném oboru nacházejí souhvězdí okolo jižního světového pólu: Chameleon, Oktant, Létající ryba či Mečoun. Temně rudé, hnědé a žluté odstíny prozrazují oblasti s největší koncentrací prachu, často místa, v nichž se rodí nové hvězdy. Nejméně zaprášené oblasti jsou tmavě modré. Prachová zrnka se v mezihvězdném prostoru zpravidla orientují delší stranou kolmo na siločáry magnetického pole. Záření, které emitují a rozptylují, je pak polarizované – elektromagnetická vlna kmitá v preferované rovině. Díky polarizaci světla můžeme současně získat mapu prachu i magnetického pole v Galaxii. Magellanova mračna dominující této fotografii jsou z tohoto úhlu pohledu nepodstatné objekty daleko v pozadí. A my chceme proniknout ještě dál.

Data reprezentovaná touto fotografií jsou nesmírně cenná a zároveň jsou jistým druhem odpadu. Kdesi „za nimi“ v prostoru i v čase se totiž ukrývá něco ještě cennějšího. Cílem družice Planck bylo pozorovat úplně první záření, které se začalo šířit vesmírem. Dnes se mu nejčastěji říká kosmické mikrovlnné pozadí nebo reliktní záření. Mise zrozená počátkem devadesátých let pod názvem COBRAS/SAMBA dostala v roce 1996 jméno podle německého fyzika Maxe Plancka. Do startu v květnu 2009 tehdy zbývalo ještě téměř třináct let. Předtím a mezitím se na poli zkoumání reliktního záření udála spousta zajímavých věcí.

Úroda Nobelových cen

Existence reliktního záření plyne z teorie velkého třesku a uvažovali o ní už její autoři George Gamow a Ralph Alpher spolu s Rogerem Hermanem. Vesmír byl podle jejich hypotézy na začátku nesmírně hustý a horký. Během několika minut vznikla z protonů a neutronů jádra lehkých atomů, především vodíku a helia. Současně se vesmír rozpínal, takže těžší jádra už díky příliš malé četnosti srážek elementárních částic vzniknout nestihla, ale vysoká teplota ještě nedovolila elektronům přidat se k jádrům. Vesmír byl prostoupen horkým plazmatem, kterým se ale záření nemůže šířit – volné elektrony stále dokola zachycují fotony a opět je vyzařují. Muselo uběhnout 380 tisíc let, než teplota vesmíru díky rozpínání klesla až ke třem tisícům kelvinů a elektrony se staly součástí atomů. Teprve tehdy začalo vesmírem procházet světlo. Jeho rozpínání ovšem vlnovou délku původně červeného světla o tři až čtyři řády prodloužilo. A tak dnes můžeme tuto ozvěnu velkého třesku pozorovat v submilimetrovém a mikrovlnném (milimetrovém) oboru, čímž se dostáváme na hranici radioastronomie – proto se často místo vlnových délek uvádějí frekvence.

Teoreticky předpovězené záření kosmického pozadí odpovídající teplotě jednotek kelvinů ovšem zpočátku nikdo hledat nezkoušel. Objevili je astronomové Arno Penzias a Robert Wilson, kteří mapovali oblohu v rádiovém oboru pomocí antény Bellových laboratoří v New Jersey.

Jejich příběh marného boje s všesměrovým rádiovým šumem se stal světově proslulý. Za svůj objev z roku 1964 byli v roce 1978 odměněni Nobelovou cenou za fyziku. O získání lepších dat se pokusili v první polovině osmdesátých let minulého století Rusové pomocí družice Prognoz 9, která nesla i československé a francouzské přístroje. Ale až na základě měření americké družice COBE byla v roce 1992 získána mapa drobných odchylek od průměrné hodnoty 2,73 K – důkaz, že látka nebyla na počátku ve vesmíru rozmístěna zcela rovnoměrně. George Smoot a John Mather, kteří vedli hlavní experimenty družice COBE, obdrželi Nobelovu cenu v roce 2006.

Sken oblohy

Ještě podrobnější mapu získala americká družice WMAP v letech 2001 až 2010. Družice Planck byla zatím posledním a nejpokročilejším ze všech zařízení, jimiž jsme se pokusili ozvěnu velkého třesku zachytit. Její teleskop s eliptickým zrcadlem 1,9 × 1,5 metrů napájel dvě sady detektorů – LFI (Low Freqency Imager) a HFI (High Frequency Imager) – které pokryly vlnové délky v pásmu mezi 30 a 857 GHz, přičemž maximum reliktního záření přichází na frekvenci 160 GHz. Aby se záření odpovídající teplotě necelé tři kelviny neztratilo v tepelném šumu samotné družice, bylo třeba detektory chladit. HFI byl patnáct měsíců udržován na teplotě 0,1 kelvinu. Ano, desetinu stupně nad absolutní nulou. Rotující družice postupně dvakrát naskenovala celou oblohu. LFI mohl při vyšších teplotách pracovat až do října „Představme si symfonický orchestr na letištní ploše. Hudba zaniká v hluku motorů a ubohou myš, která do toho všeho vyděšeně píská, nikdo neslyší. Jenže nás zajímá právě ten myší pískot.“ 2013, kdy byla mise ukončena. Data se však budou zpracovávat řadu roků.

Družice zaznamenala veškeré záření v rozsahu citlivosti svých detektorů – kromě reliktního záření také hvězdy Mléčné dráhy, oblaka plynu a prachu, bližší i vzdálené galaxie… A v tomto záznamu je všechno smíchané dohromady. Představme si symfonický orchestr na letištní ploše, který má ozdobit představení nového typu proudového letadla, jež právě startuje z rozjezdové dráhy k prvnímu veřejnému letu. Hudba zaniká v hluku motorů a ubohou myš, která do toho všeho vyděšeně píská, nikdo neslyší. Jenže nás zajímá právě ten myší pískot. Když známe všechny frekvence, na kterých rachotí letadlo, průběh frekvencí, jež vydává každý nástroj v orchestru, rezonující stojánky na noty, letištní budovy, zohledníme betonovou plochu, diváky a šum větru, máme vyhráno. Stačí to všechno odečíst a zbyde nám jemný pískot myši, po kterém zrovna z nějakého důvodu toužíme.

S daty družice Planck je to analogické. Známe-li spektrální vlastnosti všech objektů, které mikrovlnné kosmické pozadí překrývají, můžeme je odečíst a zbyde:

Nic moc

Katalogy kompaktních objektů, mapy rozložení prachových mračen a plynných oblaků či magnetického pole jsou nedocenitelným zdrojem informací pro celé generace vědců. Ale teprve po jejich odstranění se před našimi zraky objevil svatý grál: dosud nejpřesnější mapa anizotropie reliktního záření.

Na první pohled ta mapa opravdu není nic moc. Cimrmanovské srovnání s výletem na Kokořín nesnese. Ale je to ten možná nejdůležitější pohled na vesmír, jaký jsme kdy získali – takhle vypadal na samém začátku: žádné hvězdy, galaxie, kupy galaxií. A právě díky fluktuacím v hustotě látky, které reprezentují ony různě barevné skvrny, mohly působením gravitace o 400 milionů roků později vzniknout první hvězdy (o tom jsme se dozvěděli mimo jiné právě z polarizace reliktního záření).

Při explozích na konci životů hvězd se vesmír obohacoval o těžší prvky. S dalšími generacemi hvězd pak mohly vznikat planety a … život. Mezi námi a fotografií na této straně leží celý téměř 14 miliard let trvající příběh vesmíru.

Soubory

článek ve formátu pdf: V201603_166-167.pdf (343 kB)
Obrázek 1 v původní velikosti a rozlišení: obrazek201616601.jpg (3 MB)

Diskuse

Žádné příspěvky