Žijeme další revoluci v astrofyzice?

/ 22.01.2025 /

Skoro přesně před 100 lety vyšel článek v New York Times o tom, že „Dr. Hubbell“ potvrdil, že spirální mlhoviny jsou vzdálené ostrovy hvězd podobné naší Mléčné dráze. A o pět let později Edwin Hubble dokázal, že se vesmír rozpíná. Vesmírný dalekohled pojmenovaný právě po něm potom určil hodnotu Hubbleovy konstanty charakterizující rychlost rozpínání vesmíru na 71 ±  7 km s-1Mpc-1. Na přelomu tisíciletí se ukázalo, že se vesmír rozpíná zrychleně a přibližně v téže době byl pořízen také obrázek relativně prázdného hvězdného pole – Hubble deep field. Tím jsme se podívali až do extrémně velké vzdálenosti a k nemalému překvapení astronomů jsme tam pozorovali galaxie v různém stádiu vývoje. Ještě dále k počátku vesmíru se pak podařilo nahlédnout pomocí „přirozených vesmírných dalekohledů“ – gravitačních čoček. A tak se povedlo zmapovat i velmi vzdálený vesmír. Pořizování deep-field obrazů vesmíru je v současnosti jedním z hlavních úkolů nového vesmírného dalekohledu Jamese Webba (JWST). Ten je schopen nahlédnout ještě dál. Vidíme mladičké, ale přitom poměrně jasné a zřejmě tedy i velké galaxie, o kterých se dokonce svého času soudilo, že by snad tak brzy po velkém třesku ani neměly existovat. Tento rozpor byl vysvětlen tehdejším větším zastoupením velmi hmotných a zářivých hvězd oproti současnosti a velmi zářivými oblastmi v okolí superhmotných černých děr v jádrech těchto galaxií. První galaxie byly prostě jiné než dnes.

Snad úplně nejúžasnější výsledky JWST se podle prof. Norberta Wernera týkají černých děr. V roce 1995 byl do vesmíru vypuštěný rentgenový dalekohled Chandra. Postdoktorantka ve výzkumné skupině prof. Wernera v Brně se věnovala identifikaci rentgenových zdrojů na snímcích z JWST. Podařilo se objevit dva rengenové zdroje v galaxiích v kosmologických vzdálenostech, takže v současné době lze říci, že Brno drží primát při objevu nejvzdálenějšího rentgenového zdroje, který je současně nejhmotnější známou supermasivní černou dírou ve vesmíru. Jenže se tím naskýtá otázka – jak se mohla vytvořit takto superhmotná černá díra vytvořit za méně než půl miliardy let po velkém třesku? K dispozici jsou vysvětlení, že na začátku vesmíru se bortila obří mezihvězdná oblaka přímo do černých děr, aniž by musela projít stádiem hvězdy, nebo vznikaly obří černé díry už z fluktuací vesmíru ještě dřív než se vůbec narodily první hvězdy. Zdá se, jakoby galaxie časem narostly kolem černých děr.

JWST dále překvapivě objevil tzv. „malé červené tečky“. Jsou vidět na obloze všude. Možná se jedná o malé objekty o velikosti 100 pc, kde se však nachází tolik hvězd, jako v celé naší Galaxii. Nebo se jedná o rychle rostoucí supermasivní černé díry obklopené ohromnými oblaky plynu a prachu, skrz které projde jen červené světlo. Časem by měly být tyto oblaky od černé díry odfouknuty, takže tento typ objektů pozorujeme jen v kosmologických vzdálenostech a v současné době již neexistují.

Velikou záhadou současné astronomie je nesoulad velikosti Hubbleovy konstanty určené metodou pozorování vzdálených supernov (73,0 ± 1) a odvozením z parametrů reliktního záření pocházejícícho z počátku vesmíru (67,4 ± 0,5). Dokud tato hodnota nebyla známa přesně, tento rozpor samozřejmě neexistoval. Ale s narůstající přesností měření… Zatím se přesně neví, kde je problém. Možná se jedná o nějakou systematickou chybu v měření, ale možná jsme na prahu nového velkého objevu, který promění náš pohled na vesmír.

Další zajímavý výsledek, který je možné označit za revoluci, se týká rozpínání vesmíru určovaného nikoliv pomocí standardních svíček (proměnných hvězd a supernov), ale pomocí standardních pravítek reprezentovaných baryonickými akustickými oscilacemi. Otisk těchto „akustických“ vln z velmi ranného vesmíru se zachoval až do dneška. Na legendárním Mayallově čtyřmetrovém teleskopu na observatoři Kitt Peak byl vybudován úžasný detektor DESI proměřujících červené posuvy miliónů galaxií a kvasarů ze kterých se potom určuje jejich vzájemná prostorová provázanost. Již z prvního roku měření se zdá, že temná energie, odpovědná za zrychlené rozpínání vesmíru, se s časem mění a pokud se to dalším měřením potvrdí, znamenalo by to opravu naší představy o vývoji a podstatě vesmíru jako celku.

Poslední revolucí, které se prof. Werner věnoval, byla revoluce malých družic. Díky tomu, že společnost SpaceX dokáže vynášet pomocí raket Falcon9 malé družice mnohem levněji, než to dokázaly rakety v minulosti, mohou si své vlastní družice dovolit i samostatné univerzity. Skupina vedená prof. Wernerem na Masarykově univerzitě v Brně má prozatím ve vesmíru tři satelity, GRBAlpha (vypuštěný v březnu 2021) VZLUSAT-2 (vypuštěný v lednu 2022) a GRBBeta (vypuštěný v červenci 2024). Všechny tyto satelity se věnují sledování záblesků gama souvisejících se vznikem černých děr a dohromady mají na kontě již téměř 350 detekcí! Není bez zajímavosti, že anténa zprostředkující komunikaci s těmito satelity se nachází na střeše naší hvězdárny ve Ždánicích. V dřívější době stály družice pro sledování gama záblesků řádově stovky milionů dolarů. A „levnější“ detektor gama záblesků, v ceně řádově desítek milionů dolarů, který umístila NASA na ISS, měl za posledních asi 9 let provozu přibližně tolik záznamů, jako tři velice levné cubesaty provozované Masarykovou univerzitou! Tým profesora Wernera tak jako první na světě ukázal, že velká věda se dá dělat i prostřednictvím velmi levných maličkých satelitů. V současné době pracuje tým prof. Wernera na novém větším ultrafialovém satelitu QUVIK, který je určený především pro detekci kilonov vznikajících srážkami neutronových hvězd. QUVIK bude velký zhruba jako pračka s hmotností 130 kg a bude opatřený dalekohledem o průměru 30 cm. Raketám Falcon9 a Falcon Heavy roste nyní zdatná konkurence v raketě New Glenn od společnosti Blue Origin, takže vynášení nákladů na orbitu by mělo v budoucnosti ještě dále výrazně zlevnit. Na scénu také postupně vstupují obří rakety StarShip. A co přinese tato revoluce v astrofyzice je prozatím skutečně ve hvězdách…

 

Přednáška přilákala více návštěvníků, než je nominální počet sedadel v sále. A nutno uznat, že profesor Norbert Werner si tento zájem zasloužil.

 

Vývoj pozorování vzdálených vesmírných objektů. Až do šedesátých let byl znám pouze „blízký“ vesmír. Po objevu kvasarů se vesmír mnohonásobně „zvětšil“. Další posun znamenal Hubbleův vesmírný dalekohled, a dalekohledy Subaru a Keck a pomocí vesmírného dalekohledu Jamese Webba již pozorujeme nejvzdálenější galaxie s červeným posuvem přes 14, to znamená tak vzdálené, že vznikly jen několik stovek milionů let po velkém třesku.

 

Nejvzdálenější a nejhmotnější známá černá díra ve vesmíru – made in Chandra, JWST a Ústav teoretické fyziky a astrofyziky PřF MU v Brně.

Zde si můžete udělat představu, jak veliký je například CubeSat GRBBeta. Tento model je v měřítku 1:1, tzn. rozměry jsou asi 10x10x20 cm. VZLUSAT-2 je o kousek větší a GRBAlfa je ještě poloviční, takže má objem pouhý jediný litr! A přesto lze s těmito satelity dělat báječnou vědu, skoro by se chtělo říct - zázrak.

Příslib budoucnosti - první český vesmírný teleskop QUVIK (Quick Ultra VIolet Kilonova surveyor). Tento model vytisknutý na 3D tiskárně je 3x zmenšený. Na MUNI bude vědecké řídící centrum tohoto dalekohledu.

 

Prof. Mgr. Norbert Werner, Ph.D. v záplavě rezervaček. 

Velice zajímavý je rovněž cyklus pořadů, který natočil Norbert Werner společně se Samuelem Kováčikem „Rozhovory o vesmíru“. Opravdu, stojí to za to. Pokud máte čas a chuť, pusťte si je na adrese: https://www.youtube.com/watch?v=XTmTBFJks-w&list=PL-7vLpk0VDrIgvLR5rAsI3QDQ6LANlUQS.


« zpět