Potvrdenie Big Bangu
Svetlo mladého vesmíru, vrátane najstarších hviezd a galaxií, ktoré sa sformovali v čase, keď mal kozmos iba 30 až 40 percent svojho dnešného veku, detegovali vedci v rámci celooblohovej prehliadky programu 2MASS (Two Micron All Sky Survey). Intenzita tohto svetla (nazývaného aj Cosmic Infrared Bakground/Kozmické infračervené pozadie) je dvoj- až trojnásobne vyššia, ako sa očakávalo na základe doterajšieho pozorovania galaxií.
Údaje získané z tejto prehliadky potvrdili najnovšie pozorovania v iných oblastiach žiarenia, podľa ktorých už relatívne krátko po big bangu došlo k intenzívnej hviezdotvorbe. Analýza potvrdila a teóriu prívržencov tmavej hmoty. (Hvezdári a astronómovia si totiž nevedia predstaviť, aké iné médium než tmavá hmota by dokázala rozpínajúci sa plyn normálnej hmoty skomprimovať do hustých kolísok, v ktorých sa sformovali prvé hviezdy a galaxie.)
Tím Alexandra Kashlinského zo Science Systems and Applications pri NASA Goddard Space Center v arizonskom Greenbelte oznámil na 199. Stretnutí Americkej astronomickej spoločnosti, že sa im podarilo zazrieť vesmír v jeho „vrcholnej fáze“.
Vedci vyhodnotili údaje, ktoré sa získali v rámci programu 2MASS National Science Foundation; údaje zhromaždili viaceré tímy v rokoch 1997 až 2000. Astronómovia tohto programu zostavili katalóg 300 miliónov(!) hviezd a galaxií na vlnových dĺžkach, ktoré sú mimo dosahu konvenčných optických teleskopov.
Každá snímka z katalógu 2MASS je výsledkom krátkej expozície (zväčša 8 sekúnd), pričom vybrané časti oblohy boli elektronicky snímané aj 1000-krát! Takto naskladané expozície spracovali počítačmi a získali tak snímky s vysokým rozlíšením, na ktorých sa vynorili aj mimoriadne slabé objekty. Vedci potom tieto snímky, nazývané aj „štandardné hviezdne polia“, podrobne poprezerali, aby objavili aj oblasti slabého pozadia infražiarenia, až 5000-krát tmavšieho ako nočná obloha.
Mimoriadne starostlivou kombináciou týchto snímok zostavili vedci malé políčko oblohy v súhvezdí Herkula. Na tomto obdĺžniku sa im podarilo preskúmať cieľovú oblasť zo 100-násobne vyšším rozlíšením ako zvyšok oblohy katalogizovanej v rámci programu 2MASS. Tak dokázali detegovať svetlo aj z takých vzdialených galaxií, ktoré boli doteraz v infraoblasti nerozlíšiteľné.
Sten Odenwald, šéf výskumu hovorí: „Spočiatku sme ani len nepomysleli, že údaje z niekoľkých políčok oblohy budú môcť využiť aj kozmológovia. Na celej oblohe ich niet viac ako niekoľko tuctov.
To je tak, akoby ste si vytvárali predstavu o Zemi, ktorú by ste poznali iba z údajov monitorovania niekoľkých hlbokých údolí.“
Výsledky analýzy potvrdili, že žijeme v rozpínajúcom sa vesmíre, tak ako to tvrdí teória big bangu. „Najdôležitejšie zo všetkého je zistenie,“ vraví Kashlinsky, „že mladý vesmír bol oveľa menší, ale vznikalo v ňom oveľa viac hviezd. Rodiace sa hviezdy zalievali svet silným žiarením, ktoré dnes pozorujeme ako CIB, infražiarenie kozmického pozadia.“
Oddeliť toto zvyškové tepelné žiarenie nebolo ľahké. Na samom začiatku museli hvezdári odfiltrovať svetlo početných hviezd našej Galaxie, ktoré prekrývali „vybrané políčko“ na oblohe. Viaceré hviezdy v tomto políčku žiarili až miliónkrát slabšie ako hviezdy, ktoré ešte dokážeme rozlíšiť voľným okom. Problematické bolo aj korigovanie zmien, spôsobených našou atmosférou: odblokovanie prachovej clony v našej Slnečnej sústave, ktorá absorbuje svetlo vzdialených hviezd, atď. Iba tak sa vedcom podarilo detegovať slabulinkú žiaru „vybraného políčka“ na kozmickom pozadí. Detekcia tohto žiarenia pripomína skúmanie odtlačku prsta. Vedci postupne dekódovali spektrá nepatrných škvrniek na políčku a objavili tak spektrálne odtlačky vesmíru spred 8 miliárd rokov. Práve vtedy sa začali galaxie zoskupovať do galaktických kôp; rozbehol sa proces, ktorý trvá do dnešných dní.
Z výskumu vyplynulo, že ohňostroj rodiacich sa mladých hviezd sa rozpútal vtedy, keď mal vesmír 5 až 40 percent svojho dnešného veku, čo korešponduje s údajmi červeného posunu v rozmedzí hodnôt od z 7 po 1. Tieto údaje neobyčajne podporili hypotézu tmavej hmoty (presnejšie studenej tmavej hmoty), neznámeho média, ktoré možno prirovnať k medu v baňatej fľaši na odstredivke, do ktorej sme vsypali hrsť maku (viditeľnú hmotu).
Platné teórie o evolúcii vesmíru hovoria. Že kolískou nášho vesmíru bol nepredstaviteľne malý, horúci a hustý bod, ktorý sa mimoriadne rýchle začal rozpínať a chladnúť, pričom vygeneroval všetku hmotu a energiu, ktorú pozorujeme a meriame. Táto expanzia trvá dodnes. Teória big bangu je do istej miery problematická, pretože zatiaľ nevieme presvedčivo vysvetliť problém rýchleho tvorenia sa hviezd a galaxií. (Hviezdy sa formujú z oblakov plynu, kolabujúcich pôsobením vlastnej gravitácie. Galaxie sa formujú, keď gravitačná sila hviezd zoskupuje hviezdy do hviezdnych ostrovov.)
Energia, vo forme elektromagnetického žiarenia z najranejšieho obdobia big bangu však zahrievala normálnu hmotu do takej miery, že istý čas ešte nebola schopná zhusťovať sa pôsobením gravitácie.
Navyše v rozpínajúcom sa vesmíre vzdialenosť medzi oblakmi plynu a hviezdami narastala, čo by logicky malo ich gravitačnú schopnosť zahusťovať a zoskupovať podstatne oslabiť.
Chladná tmavá hmota na elektromagnetické žiarenie nereaguje; preto ju nevidíme, prejavuje sa iba vlastnou gravitáciou, ktorá organizuje nielen chladnú tmavú hmotu, ale aj normálnu hmotu. Vzhľadom na to, že nereaguje na elektromagnetické žiarenie, jej vlastná gravitácia podľa všetkého začala pôsobiť oveľa skôr ako v normálnej hmote. Chladná tmavá hmota sa začala v priestore na mnohých miestach zhusťovať, a tak vytvorila “gravitačné semená”, ktoré začali pôsobiť až vtedy, keď už aj táto hmota natoľko ochladla, že začala reagovať na “volanie” tmavej hmoty a zoskupovať sa okolo nej. To sa stalo 300 000 rokov po big bangu.
Podobne snehovej guli, ktorá sa kotúľa dole svahom a nabaľuje čoraz väčšie masy snehu, aj semená tmavej hmoty začali priťahovať väčšie zhustky normálnej hmoty; bez ohľadu na rozpínanie sa kozmu a tak sformovali prvé hviezdy a galaxie. Zdôraznime ešte raz: tento proces bol oveľa rýchlejší, ako sme sa ešte v minulom roku nazdávali.
„Iba vo vesmíre, v ktorom bolo dostatočné množstvo tmavej hmoty, mohlo sa už tak krátko po big bangu vytvoriť také množstvo hviezd a galaxií,“ hovorí Kashlinsky a dodáva : „Údaje, ktoré sme získali, túto hypotézu potvrdzujú. V prírode je tmavá chladná hmota zatiaľ neznáma, ale je pravdepodobné, že existuje vo forme exotických subatomárnych častíc či miniatúrnych čiernych dier.“
Tím astronómov zoskupených okolo programu 2MASS má veľké oči. Hvezdári sú presvedčení, že už čoskoro s im podarí detegovať ešte staršie svetlo z ešte starších generácií hviezd, alebo dokonca aj svetlo hviezdnych formácií utlmených prachom vo vnútri najmladších galaxií.
Prekročiť prah trinástej komnaty na ceste k big bangu im však umožní až z generácie vesmírnych teleskopov, ktorý začala vyvíjať skupina Johna Mattera v Goddardovom centre pri NASA.
Program 2MASS vznikol v rámci spolupráce University of Massachsetts a IPACu (Infrared Processing and Analysis Center pri Jet Propulsion Laboratory, NASA). Výskum financuje NASA a National Science Foundation. Prehliadka oblohy v rámci programu sa začala roku 1997 a trvala celé štyri roky.
|