Astronomové se prodírají houštinami galaxií

Je možné, že v některé z příštích generací se astronomové přejmenují. Charakter a náplň některých povolání se mění a jejich název se tomu přizpůsobuje. Holič dneska málokoho holí, však také holiči téměř vymizeli a zůstali kadeřníci. Jenže tady kolem nás byste kadeřnictví sotva našli. Přeměnilo se buď v salon krásy, nebo studio účesů a zvýšilo ceny. Pracovníci v těchto institucích nejsou salonní krasavci ani studenti účesů, ale také ne kadeřníci: stali se z nich stylisté účesů. Není divu, že jiná povolání se snaží ty vznešené názvy napodobovat. V naší ulici donedávna rozvážel mléko prostě mlékař. Loni odešel do penze a vydal se s manželkou na cestu kolem světa. Jeho nástupce dělá totéž, co dělal mlékař, ale na novoročence se podepsal „specialista na distribuci mléka“ a na to konto taky zvýšil ceny.

Astronomové mohou mít vážnější důvody k přejmenování. Název hvězdář i astronom je odvozen od slova hvězda. Ale stále menší procento hvězdářů se skutečně zabývá studiem hvězd. Přibývá těch, kdo studují hvězdné soustavy, galaxie. Pravda, galaxie se skládají hlavně z hvězd. Ale podobně jako architekt-urbanista se zabývá plánováním měst a ne jednotlivých budov, tak dnes četní astronomové studují především hvězdná města jako celky. Objem uveřejňovaných studií o galaxiích nesmírně vzrostl. Vedoucí světový odborný časopis The Astrophysical Journal oslavil loni 100 let své existence. Jeho redaktor dokumentoval rostoucí objem časopisu svérázným způsobem. Navršil jednotlivé ročníky vedle sebe a postavil se k nim. Ještě ročník 1954 mu sahal sotva ke kotníkům. Ročník 1974 mu sahal nad kolena a loňský ročník už mu sahal až po ústa. Za jediný rok 1994 měl tento časopis 23 tisíc stránek velkého formátu. Podobnou publikační explozi prodělává dalších nejméně pět vědeckých astronomických časopisů. Rozrůstají se všechny obory astronomie, ale studium galaxií a věda o celém vesmíru, kosmologie, expandují nejrychleji. Takže se možná brzy bude zdát slovo astronom zastaralé a bude se říkat třeba galaktik nebo vesmírník, podle vzoru lesník...

Hvězdářů všeho druhu ani moc nepřibývá, možná se jejich počet i trochu zmenšuje, ale moderní přístroje hromadí tolik nových dat a stále výkonnější počítače je zpracovávají a modelují tak efektivně, že je stále o čem psát. A některé objevy ze vzdáleného vesmíru jsou prostě neuvěřitelné. Prostému diváku je ovšem svět galaxií téměř nepřístupný. Víte-li dobře, kam se dívat, můžete na podzim zahlédnout spirální galaxii v Andromedě jakožto nenápadný obláček. Pozorovatel na jižní polokouli vidí dvě nejbližší galaxie, Magellanova mračna, jako by to byly dva oblaky, které se oddělily od mléčné dráhy. A to je ze světa galaxií vše, co prostým okem můžete vidět. S dobrým amatérským dalekohledem, který ukáže i objekty tisíckrát slabší než ty, které jsou viditelné prostým okem, najdete takových obláčků několik set. Musíte ale dobře hledat a musíte být pod dostatečně tmavou oblohou, protože galaxie jsou plošné objekty a na přesvětleném pozadí oblohy se snadno ztratí. Zatím nejúplnější mapy nebe, pořízené fotograficky, ukazují objekty milionkrát slabší než ty, které ještě vidíte prostým okem – a na těchto mapách už je stejné množství galaxií jako hvězd.

Nejmodernější studie na menších plochách oblohy jdou k ještě slabším subjektům a mezi nimi už jsou hvězdy vzácné. Prostě jsme pronikli za okraj naší hvězdné soustavy a před námi se do daleka prostírají už jen galaxie. Dnes se daří zachytit objekty až do 30. velikosti a ty jsou tak slaboučké, že by jich bylo zapotřebí 4 miliardy, aby vydaly tolik světla jako ta nejslabší hvězda, kterou můžete vidět prostým okem. A teď přijde to nejotřesnější číslo, vyplývající z nejposlednějších pozorování Keckovým dalekohledem na Havaji: Představte si kotouč měsíčního úplňku. Na své pouti po obloze v každé chvíli zakrývá až 120 tisíc těchto slabých galaxií!

120 tisíc galaxií směstnaných na plochu úplňku – to se zdá být naprosto nemožné i astronomovi. Samozřejmě jednotlivé snímky vždy zachytí jen mnohem menší plošky, například čtvereček o hraně jedné úhlové minuty. Ale na něm najdete skutečně přes dvě stě galaxií. Jako by tam někdo nasypal malá zrníčka rýže. Některá ta zrníčka jsou okrouhlá, to jsou eliptické galaxie nebo spirály viděné čelně. Mnohá zrníčka jsou úzká a podlouhlá, to jsou diskové galaxie, většinou spirály, viděné přibližně z boku. A mnohé mezi těmi nejslabšími galaxiemi mají všelijak prapodivně deformovaný tvar. Dohromady je jich tolik, že místy mezi nimi už je pramálo volného prostoru, a mnohde se překrývají. A když těch 200 galaxií z jedné čtvereční úhlové minuty přepočtete na plochu úplňku, který ma průměr 31 úhlových minut, vyjde vám těch 120 tisíc galaxií. Je možné, že kdybychom šli ke galaxiím ještě asi desetkrát slabším, budou se už překrývat skoro všude. Představte si, že jste uprostřed vzrostlého lesa. Kamkoliv se podíváte, vidíte stromy jen do určité vzdálenosti, protože bližší kmeny vám zakrývají kmeny vzdálenější. Pro samé stromy nevidíte les. Tak je tomu se soudobými hloubkovými snímky: pro samé galaxie nebudeme možná brzy vidět hlouběji do vesmíru. Je však daleko spíše možné, že tahle extrapolace je mylná. Díváme-li se ve vesmíru do dálky, díváme se zpět do času. A jednou musíme dospět do doby, kdy ještě galaxie nebyly vytvořeny, čili slabší galaxie už nenajdeme.

Ale hlava se člověku zatočí už jen z toho množství galaxií, které vidíme už dnes. Jak daleko jsou a jaké jsou? Jsou to velmi vzdálená svítivá hvězdná velkoměsta, nebo poměrně malá, slabě svítící blízká městečka? Tahle otázka vyžaduje daleko větší úsilí, než jen udělat jeden hloubkový snímek kosmickým dalekohledem. Je jen jediný způsob, jak alespoň odhadnout vzdálenost nějaké vzdálenější galaxie. Je založen na představě, že celý vesmír se rovnoměrně rozpíná tak, že rychlost, kterou se od nás daná galaxie vzdaluje, je úměrná její vzdálenosti. Rychlost vzdalování můžeme odvodit z posuvu spektrálních čar, ale to znamená, že je třeba získat spektra těch maličkých zrníček na snímcích. To je daleko obtížnější než přímý snímek, protože světlo každé takové galaxie je třeba rozložit do duhového pásu, čímž ovšem každé jednotlivé místo na spektrálním snímku dostane mnohem menší osvětlení. Při takové spoustě potřebných spekter není divu, že zatím neumíme dát jasnou odpověď na otázku, co vlastně na hloubkových snímcích vidíme.

Dílčí studie se shodují v tom, že většina těch maličkých zrníček, která na typických hloubkových snímcích rozpoznáme, jsou galaxie vzdálené 5 – 6 miliard světelných let. Ale to znamená, že je nevidíme takové jaké jsou dnes, nýbrž jaké byly před těmi miliardami let. Díváme se tedy na vesmír, jaký byl v minulosti. To velice rychlé přibývání počtu galaxií s klesající jasností by pak nasvědčovalo tomu, že v minulosti bylo galaxií mnohem více, než jich vidíme kolem sebe nyní. Většina těchto galaxií jsou spíše trpaslíci, měřící asi desetinu rozměrů naší Galaxie. Ale jejich prostorová hustota byla značná. Kam se tito početní trpaslíci poděli?

Jedno vysvětlení je, že se pospojovali do větších celků. Bude dobré udělat si trochu představu o vzdálenostech ve vesmíru. Začneme naší sluneční soustavou. Představte si, že zmenšíme Slunce (které má poloměr 695 000 km) na rozměr basketbalového míče. Pak naše Země obíhá ve vzdálenosti 32 metrů a má rozměr špendlíkové hlavičky. Jupiter, velikosti kuličky na cvrnkání (zase takové větší, „skleněnky“), obíhá ve vzdálenosti 166 m. A Pluto, maličký hrášek, je od míče vzdálen v průměru 1,3 km. To je celá naše planetární soustava, a řekněme, že ji umístíme do Prahy. Pak nejbližší hvězda bude v tomto modelu – hádejte kde? V Buenos Aires nebo na Nové Guinei! Mimochodem, tam by byly tři hvězdy pohromadě, protože Alfa Centauri je trojhvězda: zase jeden basketbalový míč, druhý trochu menší, fotbalový, a třetí daleko menší, pingpongový. Pro náš dnešní model je však lepší nahradit míče dětskými balonky, kterými vánek mírně pohazuje nebo je pomalu kamsi nese (v naší Galaxii ovšem hraje úlohu vánku přitažlivost). Nicméně nemůžete očekávat, že balonek z Prahy a balonek z Argentiny by se někdy srazily. Jinými slovy, hvězdy vedou dosti osamocenou existenci a vyvíjejí se nezávisle na svém okolí, pokud se ovšem náhodou nezrodily jako dvojčata či trojčata.

S galaxiemi je tomu jinak. Naši Galaxii, která měří napříč 100 000 světelných let, můžeme modelovat jako velký zaoceánský parník, třeba Quenn Elizabeth, která trvale kotví u nás a je asi 300 metrů dlouhá. V tomto modelu je jen 7 km od ní loď ještě větší, totiž známá velká galaxie M 31 v Andromedě – a v téže vzdálenosti v trochu jiném směru je další taková veliká loď, i když trochu menší. A v okruhu 15 km se to hemží nejméně 27 loďmi a lodičkami, které většinou měří od 5 do 35 metrů. Dvě slušně velké lodi, 95 a 50 metrů, jsou od naší pozorovatelny na přídi Quenn Elizabeth vzdáleny dokonce jen 500 a 600 metrů, je k nim tedy jen o něco dále než na záď naší vlastní lodi! A všechny tyto lodi se všelijak pohybují, i když v mém modelu pomalu, ale mají dostek času na to, aby se občas těsně přiblížily jedna k druhé, nebo dokonce srazily. V tomto ohledu můj model kulhá, protože po srážce jedna nebo obě lodi zmizí pod hladinou, kdežto u galaxií nejvýš jedna z nich ztratí svoji identitu, ale jinak vzniklá galaxie spíše rozkvete.

Jak vidíte, galaxie jsou k sobě relativně – vzhledem k svým rozměrům – blíže než individuální hvězdy uvnitř každé z nich. Můžete namítnout, že při srážce galaxií se srážejí individuální hvězdy a ty jsou oproti svým vzájemným vzdálenostem maličké. To je pravda, a může se stát, že jedna galaxie propluje druhou a nic se nestane, žádné hvězdy se nesrazí. Jenže celkové gravitační působení všech hvězd dohromady silně ovlivní výsledek srážky. Navíc ve spirálních a nepravidelných galaxiích jsou oblaka mezihvězdného plynu a prachu, která se skutečně srazí, a výsledkem může být, že se začnou hromadně tvořit hvězdy a objekt se aspoň na čas rozsvítí – to jsem myslel tím „rozkvětem“. Většinou se obě galaxie vzájemně „pocuchají“ gravitační přitažlivostí, nebo splynou v jeden objekt, často s odlišným charakterem. To všechno pozorujeme i v našem nejbližším galaktickém okolí. Ostatně naše Galaxie právě pohlcuje malou galaxii, kterou vidíme za souhvězdím Střelce. A to je naše místní soustava galaxií poměrně velmi chudobná. V hustých kupách galaxií musí být srážky mnohem častější a před 6 miliardami let, kdy byl vesmír menší a galaxie byly více namačkány k sobě, musely být srážky běžné. Tak se tenkrát mohly galaxie pospojovat a dát vznik menšímu počtu větších galaxií. Je to lákavé vysvětlení, ale jsou proti němu námitky, že takové srůstání se mezi vzdálenými zrníčky galaxií pozoruje jen v nevelkém počtu případů – může ovšem proběhnout poměrně rychle. Ostatně mezi slabými vzdálenými galaxiemi vidíme stále více prapodivně deformovaných objektů, jejich vzhled si nejspíše můžeme vysvětlit gravitačním působením okolních galaxií při těsném setkání.

Jiná možnost je ve vývoji galaxií. Galaxie se nepochybně vyvíjejí, jen nevíme jak rychle. Začíná to velkým oblakem plynu. Ten se může vlastní vahou zhroutit a ve stlačených uzlinách vznikají hvězdy. Pokud vznikne hodně hmotných hvězd, začne galaxie zářit modravým světlem těchto horkých a jasných hvězd a okolního plynu, který ty hvězdy přimějí k záření. Ale horké jasné hvězdy příliš plýtvají energií a tak zůstanou jasné a horké nejvýše tak pět až dvacet milionů let. Pak zchladnou, zčervenají, jejich viditelné světlo zeslábne, některé i vybuchnou, jiné se nakonec přemění v nenápadné degenerované trpaslíky. Jenže jak výbuchy supernov, tak přeměna v trpaslíky znamenají, že aspoň část hvězdné látky se vrací do původního předhvězdného stavu – vytvářejí se nová oblaka plynu a prachu, z nichž se mohou rodit nové generace hvězd. Galaxie se může znovu rozzářit.

Připomeňme si znovu, že vidíme galaxie takové, jaké byly před miliardami let. To je zásadní rozdíl oproti hvězdám. Poměrně vzdálené hvězdy třeba v souhvězdí Oriona vidíme takové, jaké byly před tisícem až dvěma tisíci let. Jenže tisíc let v životě typické hvězdy není nic. Ale miliarda let je něco docela jiného, během tak dlouhé doby se může vystřídat několik generací hmotných zářivých hvězd a dát galaxii postupně docela jiný charakter. Jestliže tedy vidíme ve velké dálce modravou galaxii, bohatou na jasné horké hvězdy, pak si můžeme být jisti, že dnes už taková není.

Překvapivě vysoké procento slabých galaxií má namodralou barvu a zřejmě jsou – tedy vlastně byly – prostoupeny horkými hmotnými hvězdami, které se nějak překotně a skoro současně ve velkém počtu vylíhly v hustých plynných a prašných mračnech. Překotné tvoření hvězd je známo i u některých galaxií v našem okolí, ale je to zjev dnes poměrně vzácný. Většina spirálních a nepravidelných galaxií vytváří hvězdy stále, ale v pomalém tempu, řekněme pět hvězd do roka. Eliptické galaxie patrně vůbec skončily, protože mají pramálo potřebného materiálu.

Pozorování značného počtu modravých galaxií v dálce by nasvědčovalo tomu, že před nějakými 5 – 6 miliardami let převládala jiná populace galaxií, které měly sklon vyrábět hvězdy překotně. Byly to převážně galaxie mnohem menší, než je naše hvězdná soustava, ale ve výrobě hvězd se činily vydatně. Co se s nimi stalo, kde jsou a jak vypadají nyní, to je otázka. Je možné, že mnohé z nich stále existují, dokonce i v našem nejbližším okolí, ale vyčerpaly zásoby plynu a prachu a nemohou už tvořit hvězdy, takže v nich svítí nanejvýš jen přestárlá generace červených hvězd. Tohle vypadá jako velmi přijatelné vysvětlení, protože nenápadných trpasličích galaxií nalézáme stále více.

Největším překvapením jsou nedávné objevy ohromných galaxií v našem poměrně blízkém okolí (viz Vesmír 75, 195, 1996/4), které mají plynu i prachu dost, ale hvězdy vyrábějí pomalu, a proto jsou na dálku skoro neviditelné. Záhada je, proč jsou tak pozadu ve vývoji třeba za naší Galaxií? Je to tím, že se sice vytvořily z obrovských, leč řídkých prvotních oblaků už dávno, ale nebyly dostatečně husté, aby dalším místním zhušťováním mohly vyrábět hvězdy ve velkém? Nebo jsou to galaxie vzniklé teprve nedávno? Hvězdy přece vznikají stále, i v naší Galaxii, proč by nevznikaly galaxie? Zárodečné oblaky hvězd už byly nalezeny, kdežto předchůdci vznikajících galaxií ještě ne. Uvažme ovšem, že místa jejich vzniku by byla mnohem vzdálenější než hnízda, kde se rodí hvězdy, a že o těch hvězdných hnízdech víme teprve 25 let. Není divu, že se nové generace astronomů vrhají na výzkum galaxií.

Hrozí snad nebezpečí přemíry odborníků v oboru? Např. na Kalifornské univerzitě si studenti všech možných oborů a specializací musí zapsat nějakou přednášku z matematicko-fyzikáních věd. Mnozí si zapíší astronomii jakožto menší zlo než fyzika či matematika. Někteří očekávají, že se naučí dělat horoskopy. Na hvězdnou oblohu se většinou ani nepodívají a tak mnohé z toho, co jim vykládáme, je jim cizí.

Jeden z průkopníků hloubkového výzkumu vesmíru se jmenuje Tyson [tajsn]. Když toto jméno při přednášce vyslovím, zablesknou se mnohé oči náznakem poznání: konečně slyší jméno, které jim něco říká. Jenže oni myslí slavného boxera těžké váhy Mika Tysona, ne astronoma Anthonyho Tysona. Nevidím důvod, proč by tento astronom nebo kterýkoliv jiný měl být všeobecně známý. Ale proč by měl být slavný muž, který nedokázal nic jiného, než že svým protivníkům rozmlátil obličej, to je zase něco, co pro změnu nemůže pochopit profesor astronomie.