Okénko do nejvzdálenějšího vesmíru

Astronomové, zejména ti, kteří se zabývají kosmologií a vůbec studiem vzdáleného vesmíru, dostali k vánocům 1995 zcela pozoruhodný dárek: Hubblův kosmický dalekohled pronikl dále do vesmíru než kterýkoliv dalekohled předtím a pořídil snímky galaxií, které nikdo předtím neviděl; některé jsou až desetkrát slabší, než byla doposud mez viditelnosti. Samozřejmě bylo nutno zaměřit se jen na zcela malinké políčko na hvězdné obloze a fotografovat je s co nejdelší expozicí. Toho se docílilo nepřetržitými expozicemi během 150. oběhu dalekohledu mezi 18. a 28. prosincem 1995. Použitý přístroj byla širokoúhlá kamera, která pořídila celkem 342 snímků s typickou expoziční dobou 15 – 40 minut, rovnoměrně rozdělených mezi čtyři barevné filtry: ultrafialový, modrý, žlutý a červený (s efektivními vlnovými délkami 296, 453, 594 a 788 nm). Překopírováním 276 těchto snímků do jednoho barevného obrazu vznikl překrásný obrázek, který reprodukujeme.

Pozorované políčko leží na obloze v souhvězdí Velkého vozu, asi 6 stupňů (směrem k Malému vozu) od té hvězdy, kde se spojuje oj s vlastním vozem; v astronomických atlasech je označena řeckým písmenem delta a někde najdete i její prastaré pojmenování Megrez. Jednou ze základních podmínek pro volbu pole byla ovšem dostatečná vzdálenost od jasné hvězdy. Skutečně nejbližší trochu jasná hvězda (76 UMa) je jen velikosti 5,9, což znamená, že dobré oko potřebuje skutečně kvalitní astronomickou noc, aby ji zahlédlo. Omezujících podmínek bylo ale mnohem více. Kosmický dalekohled může bez přerušení pozorovat jen malý pruh oblohy; na severní polokouli prochází tento pás na jedné straně Velkým vozem, na opačné straně Kasiopeou. Jenže Kasiopea je nepřijatelná, protože jí probíhá pás Mléčné dráhy s množstvím hvězd a svítících mlhovin, ale taky s oblaky mezihvězdného prachu, který rozptyluje a tím zeslabuje světlo vzdálených objektů. Velký vůz, který je od roviny Mléčné dráhy daleko, je mnohem chudší na hvězdy, ale i tam bylo nutno pečlivě vybírat – bylo třeba se vyhnout velkým blízkým galaxiím a bohatým kupám galaxií, aby dalekohled viděl co nejdále. Jednomu nepříznivému faktoru nebylo možno se úplně vyhnout: v „denní“ době prochází okraj Země blízko pozorovanému poli, které je v zorném poli dalekohledu, a dalekohled zaznamenává světlo rozptýlené zemskou atmosférou, které je nutno při redukcích odečíst.

Hubblova klíčová dírka do vzdáleného vesmíru měří – pokud jsou moje informace spolehlivé – jednu obloukovou minutu (1') napříč. Pro porovnání, průměr měsíčního kotouče je přibližně 30'. Na našem obrázku je asi 25 % „Hubblova políčka“. Na tak malé plošce a tak daleko od roviny Mléčné dráhy je jen několik málo hvězd patřících k naší hvězdné soustavě. Ta nejjasnější (s paprsky, které vznikají ohybem světla na držáku sekundarního zrcadla dalekohledu) je přibližně 20. velikosti – tj. bylo by zapotřebí shromáždit asi 160 milionů takových hvězd, aby vydaly stejné množství světla jako jedna typická hvězda z Velkého vozu. A to je nejjasnější objekt v poli! Jinak jsou tam pouze galaxie, a ty nejslabší z nich jsou pravděpodobně vizuálně asi 29. či 30. velikosti, tedy zase ještě 4 000 – 10 000krát slabší než ta dominující hvězda! Člověku se ani nechce věřit, že ta nejslabší hvězda viditelná prostým okem (řekněme velikosti 6,0) nám dává tolik světla jako 4 miliardy těch nejslabších galaxií, které vidíme v Hubblově okénku...

Na snímku, který si prohlížíte, je přes 400 galaxií, v celém Hubblově okénku je jich přes 1 500. Přesný počet nelze zjistit, protože mnohé jsou na hranici viditelnosti a u některých nelze rozpoznat, zda je to jedna galaxie, či více. Teď můžeme odhadnout, kolik galaxií bychom viděli, kdyby kosmický dalekohled mohl takhle zmapovat celou oblohu. Domníváme se, že vzdálený vesmír je ve všech směrech stejný, takže můžeme všude očekávat přibližně stejný počet galaxií, i když v mnoha směrech bychom je neuviděli následkem špatné průhlednosti našeho hvězdného systému. Předpoklad izotropie můj výpočet značně zjednodušuje, ale narážím na problém, že oficiální zprávy o rozměrech Hubblova okénka si trochu odporují. Přidržím se informace, která tvrdí, že jeho rozměr je 1 čtvereční minuta. Povrch celé nebeské sféry je 41 253 čtverečních stupňů, což je 48,5 milionu čtverečních minut. Pak bychom tedy měli vidět asi 220 miliard galaxií. V článku, který přinesly New York Times, se mluvi o 50 miliardách galaxií; jejich odhad je zřejmě založen na jiném rozměru okénka. Snad se brzy dopídím přesnějších informací.

Více než tyto odhady nás zajímá povaha galaxií, které jsou skutečně na snímku. Mnohé z nich, zejména ty jasnější, mají známé tvary. Některé jsou zřejmě eliptické galaxie, které mají tvar různě zploštělé elipsy, ať se na ně díváme z kterékoliv strany. Jiné mají spirální strukturu, ale spirální ramena rozeznáme jen při pohledu „z enfasu“, jak kdysi zpívala Hana Hegerová. Při pohledu z boku jsou to velice tenké disky. Tyhle dobře definované galaxie jsou patrně poměrně blízké, vzdálené „jen“ několik málo miliard světelných let. Nejzajímavější jsou ty mnohem slabší, ale stále ještě zřetelné galaxie, z nichž mnohé mají překvapivě nepravidelné a deformované tvary. Deformace mohou být způsobeny vzájemným gravitačním působením, nepravidelné tvary také překotným tvořením hvězd v určité oblasti galaxie. Toto jsou patrně raná vývojová stadia galaxií a je možné, že je vidíme tak, jak byly v době, kdy vesmír (podle představ o „velkém třesku“) byl snad „mlád“ jen 5 – 10 % dnešního stáří, možná kolem jedné miliardy let.

Nějaký přesnější údaj, který by ta procenta nahrazoval údajem o stáří a vzdálenosti, není v této chvíli možný ze dvou důvodů. Jeden spočívá v tom, že nějaké takové číslo by vyžadovalo změřit rudý posuv spektrálních čar ve spektru těch galaxií. A k tomu máme daleko. Získat spektrum slabého objektu je mnohem náročnější než jej přímo vyfotografovat, protože zobrazení spektra znamená rozptýlit fotony podle vlnové délky světla. Ty nejslabší galaxie v Hubblově okénku jsou asi desetkrát slabší, než je mez pro všechny existující dalekohledy, a jejich spektra jsou nedostupná i kosmickému dalekohledu. Jakousi náhražkou mají právě být snímky s různými filtry, ale i na jejich zpracování si počkáme. Druhý důvod, proč je obtížné mluvit zde konkrétně o vzdálenostech a stáří, spočívá v tom, že neexistuje shoda o správném modelu vesmíru. Tenhle problém zasluhuje podrobnější článek.

Můžeme ale zakončit optimistickou nótou: Data o objektech z Hubblova okénka jsou přístupná všem kvalifikovaným zájemcům a je nepochybné, že už nyní se okénko podobá mraveništi, takže brzy uslyšíme zajímavé výsledky.