Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Okénko do nejvzdálenějšího vesmíru

Získat spektrum slabého objektu je mnohem náročnější, než jej vyfotografovat
 |  5. 4. 1996
 |  Vesmír 75, 197, 1996/4

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.

JAK DALEKO VIDÍ NAŠE OKO ?

Nikdo z nás si nedovede představit jednu světelnou sekundu – to je tři sta tisíc kilometrů, natož potom světelný rok. A vzdálenost deset miliard světelných roků, odkud jsme viděli obrázek HDF v televizi – ta je naprosto nepředstavitelná. Je však rozumem pochopitelná a měřením dokazatelná. Nejjasnějším tělesem je pro nás Slunce, prachobyčejná hvězdička. Ze vzdálenosti 30 světelných let už bychom Slunce viděli jako slabou hvězdičku a ze vzdálenosti 50 světelných let bychom Slunce neuviděli vůbec.

Největší hvězdní veleobři vyzařují milionkrát více světla než naše Slunce. Můžeme je pouhým okem ještě zahlédnout ve vzdálenosti 40 tisíc světelných let. Na větší vzdálenost lze pouhým okem uvidět jen supernovu – to jest zanikající obří hvězdu. Ta ve své agonii vyzařuje miliardkrát více energie za sekundu než naše Slunce. Takovou vzácnou podívanou (jakou je supernova) mohli spatřit obyvatelé jižní polokoule v únoru 1987. Objevila se v nejbližší galaxii – ve Velkém Magellanově oblaku, vzdáleném 160 000 světelných let. Jiné hvězdy, ani ty největší obry v Magellanově oblaku, pouhým okem neuvidíme. Jsou vzhledem k velké vzdálenosti příliš slabé pro náš zrak.

Nejvzdálenějším objektem, který oko uvidí, je Galaxie v souhvězdí Andromedy. Lze ji uvidět na jasné podzimní obloze jako mlhavý obláček. Její vzdálenost je dva miliony světelných roků. Světelné fotony, které dopadají na sítnici našeho oka, vznikly v mlhavém obláčku M31 před dvěma miliony let. Od té doby letěly rozsáhlými prostorami mezi M31 a Mléčnou dráhou (naší Galaxií). A za každou sekundu urazily tři sta tisíc kilometrů, což je vzdálenost Země-Měsíc. Za dobu, než světlo z M31 doběhlo k nám, se vyvinulo na Zemi lidstvo. Tak nesmírně daleko, dva miliony světelných roků, vidí naše oko. Není to zázračný orgán?

Josip Kleczek

Co jsme mohli na snímku oněch oblastí blízkých počátku vesmíru vidět? Ty slabé malé chomáčky jsou rodící se galaxie neb galaxie velmi mladé. Ty větší jsou rodící se hnízda galaxií. Přes půl druhého tisíce galaxií se napočetlo na tom nepatrném ždibečku oblohy (velikosti špendlíkové hlavičky viděné ze vzdálenosti pěti metrů). V mladém vesmíru byly nově zrozené nebo rodící se galaxie blízko u sebe. Není proto divu, že se navzájem svou gravitační silou ovlivňovaly, deformovaly, a někdy i splynuly. Jestliže v tom úzkém průzoru velikosti asi jedné čtverečné minuty lze napočíst kolem půldruhého tisíce galaxií, potom můžeme zhruba odhadnout celkový počet galaxií ve vesmíru do vzdálenosti deseti miliard světelných roků: čtvrt bilionu (250 miliard) galaxií.

To, co vidíme dnes pomocí Hubbleova dalekohledu, už tam dávno není. Za deset miliard roků se vesmír značně rozepnul, z rodících se chomáčů vodíku se vyvinuly dospělé galaxie s mnoha miliardami či biliony hvězd.

Podle kosmologického principu je vesmír v dané době všude stejný. Žádné místo ve vesmíru není preferováno. Zanedbáme-li místní nepravidenosti, je pozorovaná oblast vzorkem celého vesmíru. Obrázek na našich televizních obrazovkách nám dovolil nahlédnout do hluboké minulosti, kdy byl vesmír mladý. Tak to tehdy vypadalo i zde, v tomto koutku vesmíru.

Josip Kleczek

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Astronomie a kosmologie

O autorovi

Miroslav Plavec

Emeritní Prof. RNDr. Miroslav Plavec (*1925) vystudoval Matematicko-fyzikální fakultu UK v Praze. Na Kalifornské univerzitě v Los Angeles se zabýval studiem těsných dvojhvězd a ultrafialovými spektry hvězd. Je zahraničním členem Učené společnosti ČR. (e-mail: plavec@bonnie.astro.ucla.edu)

Doporučujeme

Jak si delfíni ucpávají uši

Jak si delfíni ucpávají uši audio

Jaroslav Petr  |  17. 12. 2017
Hluk v mořích a oceánech produkovaný člověkem ohrožuje kytovce. Může je dočasně ohlušit nebo jim trvale poškodit sluch. Nově objevený fenomén by...
Tajemná sůva šumavská

Tajemná sůva šumavská

Jan Andreska  |  17. 12. 2017
Byl vyhuben a vrátil se. Na Šumavu lidskou snahou a do Beskyd vlastním přičiněním. Puštík bělavý teď žije opět s námi, ale ohrožení trvá.
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné