„Výhľadu" na prvé hviezdy bráni tajomný závoj

Prístroje na výškovom balóne NASA objavili zatiaľ neobjasnený rádiový šum, šesťkrát silnejší ako čokoľvek očakávané. Astronómom tým vznikla vážna prekážka pri ich úsilí pozorovať úvodnú generáciu hviezd, ktorá sa utvorila v našom vesmíre. Na druhej strane

Umelecká vízia prvých hviezd vo vesmíre.(Zdroj: David A. Aguilar, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)

im to však aspoň poskytuje ďalšiu záhadu na riešenie - odkiaľ sa tento šum berie?

Vesmír má podľa aktuálnych meraní a odhadov približne13,7 miliardy rokov. Naša slnečná sústava asi 4,6 miliardy rokov, zhruba tretinu veku vesmíru. Naša hviezda, Slnko, patrí k najmladšej hviezdnej generácii. Hviezdy vznikali dávno pred ním, podľa všetkého už počas prvej miliardy rokov existencie vesmíru.

Slnko a jemu podobné hviezdy takzvanej populácie I obsahujú pomerne dosť chemických prvkov hmotnejších ako vodík a hélium. (Vďaka tomu až pri nich vznikali planéty a iné javy, ktoré vyžadujú tieto tzv. ťažké prvky - napríklad život.) Staršie hviezdy populácie II ich obsahujú menej. A najstaršie, prvé, populácia III, zrejme boli takmer výlučne z vodíku a hélia. Trochu mýli číslovanie populácií s postupom do minulosti, ale už sa to zaužívalo.

Rádioprijímače v ľadovom kúpeli

Astronómovia dúfali, že aparatúrou ARCADE (Absolute Radiometer for Cosmology, Astrophysics and Diffuse Emission, Absolútny rádiometer pre kozmológiu, astrofyziku a rozptýlené žiarenie) zachytia tepelné žiarenie prvých hviezd. Prijímače, do ktorých prúdia anténne signály ARCADE, totiž konečne majú odhadovanú potrebnú citlivosť.

Vysokú citlivosť im zabezpečuje ponorenie do kvapalného hélia v „ľadovej vani" prístrojovej gondoly balóna. Ich pracovná teplota sa vďaka tomu pohybuje iba okolo hodnoty 2,7 kelvinov, čo je menej ako mínus 270 stupňov Celzia. Teda na úrovni „teploty" takzvaného žiarenia kozmického pozadia, zvyšku po veľkom tresku. Takéto usporiadanie vyžadovala podmienka, aby rušenie vlastným teplom aparatúry bolo minimálne.

ARCADE pracuje v oblasti niekoľkocentimetrových vlnových dĺžok, ktorá dosiaľ nebola dobre preskúmaná. Kratšie vlnové dĺžky zmapovali satelity, napríklad COBE (COsmic Background Explorer, Prieskumník vesmírneho pozadia; za výskum s ním bola v roku 2006 udelená fyzikálna Nobelova cena), dlhšie rádioteleskopy na zemskom povrchu.

vesmirny_radiosum2.jpg

Schéma balónovej gondoly s aparatúrou ARCADE - žltou farbou je vyznačená „vaňa" s takmer dvomi tisícmi litrov kvapalného hélia. Celkom hore nad ochranným reflexným štítom je záves pod balón. Sčasti ponorené lievikovité útvary sú antény pre pozorovanie kalibračného rádiového zdroja a samotnej oblohy.

Ilustrácia: NASA/ARCADE

vesmirny_radiosum3.jpg

Kontrola gondoly pred vypustením.

Foto: NASA/ARCADE

Človek mieni, vesmír mení...

V júli 2006 túto aparatúru vypustili na balóne zo strediska NASA vo východotexaskom meste Palestine do stratosféry. Obrovský héliový balón, do ktorého by sa po úplnom naplnení vošlo futbalové ihrisko, dosiahol výšku približne 40-kilometrov. V tejto oblasti už je vzduch naozaj veľmi riedky a stratosféra začína prechádzať do vákua kozmického priestoru, čo všestranne uľahčuje astronomické pozorovania tohto typu.

Štvorhodinový let balóna, počas ktorého vedci aparatúrou ARCADE pozorovali celkove sedem percent plochy oblohy, poskytol záplavu údajov. S veľkým úsilím z nich potom dlho vytrieďovali vplyvy už známych rádiových zdrojov, aby dosiahli cieľ - prepracovať sa k rádiovému signálu vyžiarenému prvými hviezdami.

Teda - mysleli si, že sa prepracujú. Americko-brazílsky tím na čele s Alanom Kogutom z Goddardovho strediska pre vesmírne lety NASA v Greenbelte (štát Maryland, USA) ale neodhalili hviezdne teplo, ale vesmírny závoj nečakane silného rádiového šumu. Po roku si boli istí, že je reálny a začali pozorovania podrobne analyzovať.

vesmirny_radiosum4.jpg

„Objaviteľské" vypustenie výškového balónu NASA s aparatúrou ARCADE v júli 2006.

Foto: NASA/ARCADE

vesmirny_radiosum5.jpg

Aparatúra ARCADE pozorovala približne sedem percent oblohy - vyznačené sú pestrými farbami vľavo od stredu, stredom horizontálne prechádza rovina Mliečnej cesty, ktorej rádiomapa tvorí pozadie v odtieňoch sivej.

Ilustrácia: NASA/ARCADE

Záhadný šum

„Vesmír nás naozaj poriadne vytočil," povedal Alan Kogut. „Namiesto slabého signálu, v ktorého objav sme dúfali, tu bol tento hučiaci šum, šesťkrát hlasnejší, ako tvrdila hocktorá predpoveď," doplnil.

Členovia tímu z podrobností tajomstvo zdroja šumu neodhalili. Aspoň ale vylúčili priamu úlohu prvotných hviezd a iné známe rádiové zdroje vo vzdialenom i bližšom vesmíre, ako plyn vo vonkajšej časti našej Galaxie, Mliečnej cesty, v takzvanom jej hale.

Rádiový šum Mliečnej cesty je známy od pozorovaní amerického fyzika Karla Janského v roku 1931. (Karl Jansky, 1905-1950, mal českých starých rodičov, ktorí sa prisťahovali do USA, ich syn, jeho otec, už bol Američan. Pracoval ako rádioinžinier v Bellových laboratóriách vo výskume pre účely rozvoja transatlantickej rádiotelefónie, popri tom sa stal jedným zo zakladateľov rádioastronómie. Zomrel predčasne na srdcové ochorenie.)

Podobne ako Mliečna cesta žiaria rádiovovo aj iné galaxie. Toto ich žiarenie sa zlieva do šumu oblohy. Lenže na vysvetlenie šumu zachyteného ARCADE by ich muselo byť oveľa viac. „Vo vesmíre by boli napchaté ako sardinky," povedal člen tímu Dale Fixsen z Marylandskej univerzity v College Park. „Nezostal by medzi nimi voľný priestor."

Rádiový šum objavený ARCADE je totiž oveľa intenzívnejší ako kombinované rádiové žiarenie všetkých známych, ako aj predpokladaných galaxií. Poukazuje to na vplyv dosiaľ nezohľadnených, avšak veľmi dôležitých javov, ktoré sprevádzali utváranie prvých galaxií v skorom vesmíre.

vesmirny_radiosum6.jpg

Táto umelecká schéma zhŕňa celý objav. Dole je plne nafúknutý výškový balón s gondolou aparatúry ARCADE v podvese. Nad balónom je naznačený najprv najbližší hviezdny vesmír, vymedzený našou Mliečnou cestou respektíve Galaxiou. Nad tým sú iné galaxie, postupne až k prvej miliarde rokov po veľkom tresku (vzdialenosť sa vzhľadom na konečnú rýchlosť šírenia svetla prelína s vekom). Sivý pás nad nimi vyjadruje novoobjavený silný rádiový šum, za ktorým by sa mali skrývať supermasívne hviezdy populácie III, prvé vo vesmíre.

Ilustrácia: NASA/ARCADE/Roen Kelly

Prahviezdy za závojom

Rádiový signál prvých hviezd, ktoré podľa teoretikov mali vznikať už pred 13-miliardami rokov, tak zostáva skrytý za novoobjaveným šumom. Kogutov tím ale víta aspoň možnosť, že rádiový šum z ARCADE poodhalí dosiaľ iba slabo preskúmaný vývoj galaxií počas prvej polovice terajšieho veku vesmíru.

Astrofyzici a kozmológovia predpokladajú, že prvé hviezdy boli supermasívne gule z vodíku a hélia. Ich hmotnosti sa pohybovali na úrovni stoviek hmotností Slnka. Vydávali obrovskú žiaru a termonukleárne palivo sa im preto minulo rýchlo. (Čím hmotnejšia hviezda, tým kratšie žiari.)

Napokon vybuchli a vyhasli, zostali po nich nanajvýš čierne diery, tie z hviezdnej hmotnostnej kategórie (nanajvýš desiatky hmotností Slnka). Vesmír bol ešte mladý, ale ony už zomierali - týmito chmúrnymi, ale výstižnými slovami otvoril svoj článok o objave pomocou ARCADE, ktorý vyšiel v novinách The New York Times, Dennis Overbye.

„Práve vďaka tomu je veda taká vzrušujúca," povedal ďalší člen tímu, Michael Seiffert z Laboratória prúdového pohonu v kalifornskej Pasadene. „Začnete tým, že chcete voľačo zmerať, v tomto prípade teplo celkom prvých hviezd, ale narazíte na voľačo celkom iné, voľačo nevysvetlené."

„Je to tak, ako keby sme bývali v zatemnenej izbe a vždy, keď by sme zažali svetlo, objavili by sme niečo nové," povedal Philip Lubin z Kalifornskej univerzity v Santa Barbara, takisto člen Kogutovho tímu.

vesmirny_radiosum7.jpg

Traja členovia tímu ARCADE - v texte sú z nich citovaní Dale Fixsen (v strede) a Philip Lubin (vpravo),

Foto: NASA/ARCADE

vesmirny_radiosum8.jpg

Hviezdy populácie III vo vesmíre opäť „zažali", lebo sa utvárali po akejsi dobe temna, ktorá nastala, keď klesla teplota a tým aj jas žiarenia kozmického pozadia. Mohlo to vyzerať takto...

Ilustrácia: Robert Hurt, SSC, JPL, Caltech, NASA

vesmirny_radiosum9.jpg

...alebo takto.

Ilustrácia: Adolf Schaller, STScI

Práve javmi v tesnej blízkosti čiernych dier, zvyškov prvých hviezd, by sa azda záhadný rádiový šum predsa len dal vysvetliť: rádiové vlny by mohli produkovať rýchlym pohybom v magnetickom poli vysokoenergetické častice vymršťované z plynu, víriaceho okolo čiernych dier - predtým, ako by ho čierna diera pohltila.

A tak sme dnes možno vďaka ARCADE, opäť výstižnými slovami Dennisa Overbyea, prvý raz začuli „výkriky" dávno zmiznutých hviezdnych predkov nášho Slnka.

Michael Seiffert a Alan Kogut objav zverejnili minulý týždeň vo štvrtok na 213. konferencii Americkej astronomickej spoločnosti (konajú sa vždy v zime a v lete), tentoraz v kalifornskom Long Beach. Pozorovania pomocou ARCADE tím zanalyzoval v štyroch článkoch, ktoré vyjdú v časopise The Astrophysical Journal.

Hlavné zdroje: Komuniké NASA zo 7. januára 2009; Komuniké University of California at Santa Barbara z 8. januára 2009; The New York Times z 8. januára 2009.

Najčítanejšie na SME Tech


Hlavné správy zo Sme.sk

SVET

Babiš 1 nedostal dôveru, ale vládnuť môže roky. Čo teraz čaká Česko?

Český premiér vedel, že hlasovanie o dôvere prehrá. Post premiéra napriek tomu tak skoro neopustí.

KULTÚRA

O smrti speváčky The Cranberries špekulujú

Záhadným spôsobom zrušila aj koncert v Bratislave.

DOMOV

Stretol som desiatky posadnutých, tvrdí exorcista

Exorcista problémy nevyrieši, vraví psychiater.

ŠPORT

Mal Sagan bojovať o víťazstvo? Dilemu Bory rozhodla smola kolegu

Na úvod Tour Down Under skončil tretí.

Neprehliadnite tiež

Čierna diera si dvakrát grgla. Potvrdili, že čierne diery oddychujú

Vzdialená galaxia pomaly požiera svojho vesmírneho suseda.

Vypočujte si pieseň z Hviezdnych vojen zahranú ceruzkou

Matematická rovnica znie ako chytľavá pieseň zo Star Wars.

Tajomstvo kreativity: Čo hovorí veda

Poučenie, ktoré so sebou prináša veda napovedá aj to, ako dosiahnuť vytúženú budúcnosť.

Keď je štetec silnejší ako meč. Legendárna hra Okami je späť (recenzia)

Remasterované Okami by ste si nemali nechať ujsť.

Inzercia - Tlačové správy


  1. Tatra banka spustila najmodernejší internet banking pre firmy
  2. Volkswagen T-Roc: Pre nerozhodných
  3. Iba dnes: Narodeninové predplatné SME.sk za 25 eur
  4. Leto 2018 v Grécku s odletom z Bratislavy
  5. Dlhopisy 7,25 % p.a. majú najvýhodnejšiu nákupnú cenu v roku
  6. Zelené Grunty vám ponúknu viac, ako očakávate
  7. Kam do tepla v januári?
  8. First moment Turecko: využite zľavy na špičkové hotely
  9. Konzultácia so svetovými odborníkmi dokáže zachrániť život
  10. Divoký Island: cesta ostrovom ľadu a ohňa
  1. Začiatok roka patrí dani z nehnuteľností
  2. Volkswagen T-Roc: Pre nerozhodných
  3. Tipy pre atraktívne poprsie po dojčení. Plastike povedzte nie
  4. Stanovisko spoločnosti Advokátska kancelária JUDr. Radomír Bžán
  5. Tatra banka spustila najmodernejší internet banking pre firmy
  6. Iba dnes: Narodeninové predplatné SME.sk za 25 eur
  7. Denník SME oslavuje 25 rokov rekordným počtom predplatiteľov
  8. Najinzerovanejšie zánovné auto roku 2017? Mnohých to prekvapí
  9. Stavebná fakulta STU pozýva na Deň otvorených dverí!
  10. Leto 2018 v Grécku s odletom z Bratislavy
  1. Iba dnes: Narodeninové predplatné SME.sk za 25 eur 15 760
  2. Leto 2018 v Grécku s odletom z Bratislavy 10 930
  3. Tatra banka spustila najmodernejší internet banking pre firmy 3 740
  4. Demänovku mieša iba jeden človek. Ako si strážia receptúru? 2 988
  5. Dlhopisy 7,25 % p.a. majú najvýhodnejšiu nákupnú cenu v roku 2 293
  6. Kam do tepla v januári? 2 250
  7. First moment Turecko: využite zľavy na špičkové hotely 1 920
  8. Volkswagen T-Roc: Pre nerozhodných 1 609
  9. Moderný bungalov očami mladých architektov 1 487
  10. Divoký Island: cesta ostrovom ľadu a ohňa 1 279