Na otázku, jak podle současných vědeckých představ před 13,8 miliardami let vznikl vesmír, by asi dokázal odpovědět každý. Říci, co se podle fyziků a astronomů dělo dále, už by byl pro většinu z nás asi větší oříšek. Přitom i to je pole plné zajímavostí, nečekaných záhad a překvapení.
Sice si stále nejsme tak úplně jisti, proč nějaká hmota ve vesmíru zůstala - kdyby Velký třesk proběhl zcela „čistě“ a bezvadně, všechna hmota se měla anihilovat se současně vznikající antihmotou - ale to nechme být. Pomiňme i zajímavou kapitolu tzv. inflace, kdy se vesmír měl rozpínat rychlostí výrazně přesahující rychlost světla, a přesuňme se asi o miliardu let od Velkého třesku dále. V té době už za sebou vesmír měl něco přes sto milionů let dlouhé „období temna“, následované delším obdobím vzniku prvních hvězd a galaxií.
Kosmology na tomto období zaujalo mimo jiné i to, co se během ní dělo s vodíkem ve vesmíru (který je zajímavý už proto, že tvoří ze statistického hlediska prakticky veškerou hmotu ve vesmíru). V počátečních fázích vesmíru nejprve existovaly samotné elementární částice, které se - jak vesmír chladl - postupně spojovaly do vodíkových jader. Dlouho ale byl natolik horký, že si vodíková jádra nedokázala připoutat elektrony, a tak byl všechen vodík ionizovaný. Když vesmír vstoupil do svého nejtemnějšího období, vodíkový plyn se zchladil a zklidnil natolik, že vodíkové ionty si konečně připoutaly volné elektrony a vytvořily běžné, neutrální atomy.
Pak ovšem došlo k další změně. V době, která nás zajímá, miliardu let po Velkém třesku, už se prakticky veškerý vodík vrátil do svého původního ionizovaného stavu (procesu se říká v kosmologii obvykle jednoduše reionizace vesmíru). Jak k tomu došlo? Ve hře muselo být evidentně záření z nějakých kosmických zdrojů, ale to je hodně obecná odpověď, která mnoho neříká. K ionizaci vodíku je zapotřebí UV záření, a to hlavně velmi krátkých vlnových délek (pod 90 nm). Hlavní otázkou tak je, které zdroje byly zároveň dostatečně silné i početné, aby ho dodaly potřebné množství.
Spekulovalo se například, zda proces nemohly mít na svědomí kvazary. Ty jsou nejjasnějšími objekty, které ve vesmíru známe. Jde o centra vzdálených galaxií, která září díky tomu, jak obří černé díry v jejich jádru postupně pohlcují okolní hmotu. A mimo jiné jsou i velmi silnými zdroji ionizujícího záření. Z pozorování však ke škodě této domněnky vyplývá, že kvazarů nejspíš bylo v době reionizace příliš málo.
Nejlepším kandidátem jsou samozřejmě v té době nově vznikající hvězdy. Ty se ovšem rodí uvnitř hustých mračen plynu a prachu, která velkou část ionizujícího záření z hvězd pohltí. Do okolního prostoru tak unikne jen jeho velmi malá část, a ta by na ionizaci vodíku v mezigalaktickém prostoru v tak (relativně vzato) krátké době neměla stačit.
Snímek galaxie J0925+1403 pořízený Hubbleovým teleskopem
Domněnka byla podložena i empiricky: stovky hodin pozorování galaxií ve vzdáleném i blízkém vesmíru pomocí nejmodernějších přístrojů přinášelo zatím jen samé negativní výsledky: ze žádné ze studovaných galaxií ultrafialové ionizující záření neuniká v takovém množství, jaké by hypotéza potřebovala. Pozorované úniky byly na úrovni pár procent z celkového množství vznikajícího záření, výpočty ovšem předpovídají, že z typické galaxie by mělo uniknout spíše někde kolem 20 procent z celkového množství záření, aby to stačilo na reionizaci vesmíru.
Změnu najdeš v hrášku
Obrat nyní nastává díky studii právě publikované v časopise Nature (přístupná zde), na které spolupracovala s kolegy za zahraničí i Ivana Orlitová z Astronomického ústavu Akademie věd. Autoři nemohli nahlédnout přímo do tak vzdálené minulosti. Je sice možné vidět nějaké záření z raných dob vesmíru, ale zrovna pro tuto otázku důležité ionizující UV záření k nám nedoletí. Mnohem dříve ho pohltí mezigalaktický plyn či prach.
Proto se tým pokusil podmínkám raného vesmíru přiblížit jen vhodným výběrem studijního materiálu. Z milionů galaxií, které máme katagolizované, si vytipovali pět kompaktních trpasličích galaxií zvaných „zelené hrášky“, které sice (alespoň ty známé) vznikly sice teprve před několika miliardami let, ale podobně jako v galaxiích z raného vesmíru se v nich velmi intenzivně tvoří hvězdy. Vědci chtěli zjistit, zda přece jen v těchto galaxiích s intenzivní tvorbou hvězd nepanují nějaké zvláštní podmínky, a ionizující UV záření z nich neuniká ven. Třeba proto, že je v nich málo plynu a prachu, nebo nejsou tyto galaxie tak trochu „děravé“ jako ementál třeba v důsledku výbuchů supernov.
Proč zelené hrášky?Galaxie s podivnou přezdívkou vypadají zeleně proto, že v oboru viditelného světla silně září ve spektrálních čarách (zejména kyslíku a vodíku), které jsou na "zelených" vlnových délkách (tedy okolo 500 nanometrů). A hrášky proto, že jsou od nás dosti daleko a na snímcích není vidět žádná struktura těchto galaxií, jsou to pro nás se současnou technikou jen takové menší zelené kuličky. Software na analýzu snímků z astronomických dalekohledů je proto zprvu považoval za hvězdy, správně je klasifikovali až lidé. |
Nápad to byl nadějný i proto, že „zelené hrášky“ v ultrafialovém spektru ještě nikdy nikdo nepozoroval. To svědčí nejen o tom, kolik zajímavého toho ve vesmíru kolem nás je, ale i obtížích podobného pozorování. UV spektrum se ze zemského povrchu sleduje těžko, protože ho atmosféra pohlcuje (díky bohu, jinak bychom se při pobytu pod širým nebem nepěkně připalovali). Nejlepší je tedy využívat teleskopy kosmické, ale o ty je zase poměrně velká nouze. Tým se tak musel přihlásit do veřejné soutěže o chvíli času Hubbleova teleskopu. Panuje tu značný převis poptávky nad nabídku (cca 10:1), ale pro výběrovou komisi byl nápad na pozorování „zelených hrášků“ zřejmě dostatečně dobře promyšlený a originální, a tak tým uspěl.
Předpověď se potvrdila, a to prý ve všech případech, říká Ivana Orlitová. Oficiálně ovšem byl zveřejněno jenom pozorování první z vybraných galaxií, a to v již zmiňovaném časopise Nature. Ta popisuje výsledky sledování galaxie J0925+1403, která podle nich vypouští do okolního vesmíru několikanásobně více ionizujícího UV záření, než naznačovaly starší údaje. Místo jednoho procenta záření z ní unikalo do okolí až osm procent z celkového UV záření v galaxii vznikajícího. Takové množství dokáže ionizovat přibližně 40krát více vodíku, než kolik činí hmota původní galaxie. Existence takových galaxií nám ukazuje, že únik záření z galaxií je možný, a že tedy právě trpasličí galaxie byly nejspíš zodpovědné za proměnu vesmíru v raných dobách.
