Potvrdenie Big Bangu

Potvrdenie Big Bangu
Svetlo mladého vesmíru, vrátane najstarších hviezd a galaxií, ktoré sa sformovali v
case, ked 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
infracervené pozadie) je dvoj- až trojnásobne vyššia, ako sa ocakávalo na základe
doterajšieho pozorovania galaxií.
Údaje získané z tejto prehliadky potvrdili najnovšie pozorovania v iných oblastiach
žiarenia, podla ktorých už relatívne krátko po big bangu došlo k intenzívnej
hviezdotvorbe. Analýza potvrdila a teóriu prívržencov tmavej hmoty. (Hvezdári a
astronómovia si totiž nevedia predstavit, aké iné médium než tmavá hmota by
dokázala rozpínajúci sa plyn normálnej hmoty skomprimovat 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 spolocnosti, že sa im podarilo zazriet 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 dlžkach, ktoré
sú mimo dosahu konvencných optických teleskopov.
Každá snímka z katalógu 2MASS je výsledkom krátkej expozície (zväcša 8 sekúnd),
pricom vybrané casti oblohy boli elektronicky snímané aj 1000-krát! Takto naskladané
expozície spracovali pocítacmi 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 nocná obloha.
Mimoriadne starostlivou kombináciou týchto snímok zostavili vedci malé polícko
oblohy v súhvezdí Herkula. Na tomto obdlžniku sa im podarilo preskúmat cielovú oblast
zo 100-násobne vyšším rozlíšením ako zvyšok oblohy katalogizovanej v rámci
programu 2MASS. Tak dokázali detegovat svetlo aj z takých vzdialených galaxií, ktoré
boli doteraz v infraoblasti nerozlíšitelné.
Sten Odenwald, šéf výskumu hovorí: „Spociatku sme ani len nepomysleli, že údaje
z niekolkých polícok oblohy budú môct využit aj kozmológovia. Na celej oblohe ich niet
viac ako niekolko tuctov.
To je tak, akoby ste si vytvárali predstavu o Zemi, ktorú by ste poznali iba z údajov
monitorovania niekolkých 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 ovela menší, ale vznikalo v nom ovela viac hviezd. Rodiace sa hviezdy
zalievali svet silným žiarením, ktoré dnes pozorujeme ako CIB, infražiarenie
kozmického pozadia.“
Oddelit toto zvyškové tepelné žiarenie nebolo lahké. Na samom zaciatku museli
hvezdári odfiltrovat svetlo pocetných hviezd našej Galaxie, ktoré prekrývali „vybrané
polícko“ na oblohe. Viaceré hviezdy v tomto polícku žiarili až miliónkrát slabšie ako
hviezdy, ktoré ešte dokážeme rozlíšit volným okom. Problematické bolo aj korigovanie
zmien, spôsobených našou atmosférou: odblokovanie prachovej clony v našej Slnecnej
sústave, ktorá absorbuje svetlo vzdialených hviezd, atd. Iba tak sa vedcom podarilo
detegovat slabulinkú žiaru „vybraného polícka“ na kozmickom pozadí. Detekcia tohto
žiarenia pripomína skúmanie odtlacku prsta. Vedci postupne dekódovali spektrá
nepatrných škvrniek na polícku a objavili tak spektrálne odtlacky vesmíru spred 8
miliárd rokov. Práve vtedy sa zacali galaxie zoskupovat do galaktických kôp; rozbehol
sa proces, ktorý trvá do dnešných dní.
Z výskumu vyplynulo, že ohnostroj rodiacich sa mladých hviezd sa rozpútal vtedy,
ked mal vesmír 5 až 40 percent svojho dnešného veku, co korešponduje s údajmi
cerveného posunu v rozmedzí hodnôt od z 7 po 1. Tieto údaje neobycajne podporili
hypotézu tmavej hmoty (presnejšie studenej tmavej hmoty), neznámeho média, ktoré
možno prirovnat k medu v banatej flaši na odstredivke, do ktorej sme vsypali hrst
maku (viditelnú hmotu).
Platné teórie o evolúcii vesmíru hovoria. Že kolískou nášho vesmíru bol
nepredstavitelne malý, horúci a hustý bod, ktorý sa mimoriadne rýchle zacal rozpínat a
chladnút, pricom vygeneroval všetku hmotu a energiu, ktorú pozorujeme a meriame.
Táto expanzia trvá dodnes. Teória big bangu je do istej miery problematická, pretože
zatial nevieme presvedcivo vysvetlit problém rýchleho tvorenia sa hviezd a galaxií.
(Hviezdy sa formujú z oblakov plynu, kolabujúcich pôsobením vlastnej gravitácie.
Galaxie sa formujú, ked gravitacná 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 cas ešte nebola schopná
zhustovat sa pôsobením gravitácie.
Navyše v rozpínajúcom sa vesmíre vzdialenost medzi oblakmi plynu a hviezdami
narastala, co by logicky malo ich gravitacnú schopnost zahustovat a zoskupovat
podstatne oslabit.
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. Vzhladom na to, že nereaguje na elektromagnetické žiarenie,
jej vlastná gravitácia podla všetkého zacala pôsobit ovela skôr ako v normálnej hmote.
Chladná tmavá hmota sa zacala v priestore na mnohých miestach zhustovat, a tak
vytvorila “gravitacné semená”, ktoré zacali pôsobit až vtedy, ked už aj táto hmota
natolko ochladla, že zacala reagovat na “volanie” tmavej hmoty a zoskupovat sa okolo
nej. To sa stalo 300 000 rokov po big bangu.
Podobne snehovej guli, ktorá sa kotúla dole svahom a nabaluje coraz väcšie masy
snehu, aj semená tmavej hmoty zacali pritahovat väcšie zhustky normálnej hmoty; bez
ohladu na rozpínanie sa kozmu a tak sformovali prvé hviezdy a galaxie. Zdôraznime
ešte raz: tento proces bol ovela rýchlejší, ako sme sa ešte v minulom roku nazdávali.
„Iba vo vesmíre, v ktorom bolo dostatocné množstvo tmavej hmoty, mohlo sa už
tak krátko po big bangu vytvorit také množstvo hviezd a galaxií,“ hovorí Kashlinsky a
dodáva : „Údaje, ktoré sme získali, túto hypotézu potvrdzujú. V prírode je tmavá
chladná hmota zatial neznáma, ale je pravdepodobné, že existuje vo forme exotických
subatomárnych castíc ci miniatúrnych ciernych dier.“
Tím astronómov zoskupených okolo programu 2MASS má velké oci. Hvezdári sú
presvedcení, že už coskoro s im podarí detegovat ešte staršie svetlo z ešte starších
generácií hviezd, alebo dokonca aj svetlo hviezdnych formácií utlmených prachom vo
vnútri najmladších galaxií.
Prekrocit prah trinástej komnaty na ceste k big bangu im však umožní až z
generácie vesmírnych teleskopov, ktorý zacala vyvíjat 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
zacala roku 1997 a trvala celé štyri roky.