Kosmologie

Hubblův kosmický dalekohled - klíč k poznání?

"Odpradávna se astronomové snažili dozvědět se o vesmíru stále více; s tím byl nerozlučně spjat vývoj dalekohledu - našeho oka do vesmíru."

Simon Goodvin

Klíčový projekt Hubblova kosmického dalekohledu (HST) má tři cíle. Prvním je změřit pomocí cefeid vzdálenosti k přibližně dvaceti galaxiím a okalibrovat pět sekundárních metod měření vzdáleností. Druhým je zjistit, jak daleko se nacházejí dvě nejbližší masivní kupy galaxií, v souhvězdí Panny a v souhvězdí Pece. Třetím cílem je zkontrolovat a stanovit možné chyby v měření vzdáleností pomocí cefeid.

Klíčový projekt by měl určit Hubblovu konstantu s přesností 10%. Nezávislé odhady dvou vědeckých týmů, pracujících s kosmickým dalekohledem, se liší o pouhých 25%. Cefeidy, primární ukazatelé vzdálenosti, se zdály být nejspolehlivější, ale nedávná data z družice Hipparchos vnášejí do úsilí astronomů další nejistotu. Hipparchos zřejmě "změní velikost vesmíru". Družice měřila vzdálenosti více než milionu hvězd. Nejpřekvapivější novinky vyplynuly z měření paralax pro 223 cefeid v Mléčné dráze. Výsledky ukazují, že vesmír je větší a starší - cefeidy jsou o 10% vzdálenější, než se dříve myslelo. To přidává 10% ke stáří vesmíru.

Dále je zde problém s vlastními pohyby galaxií, který vnáší do měření vzdáleností pomocí rudého posuvu další chybu. Projevuje se například v určení vzdálenosti galaxie M 100 v souhvězdí Panny. Vlastní pohyb této galaxie je výsledkem působení okolních galaxií - téměř tisícovky členů kupy v Panně. M 100 není ještě dostatečně daleko, aby její vlastní pohyb byl zanedbatelný vzhledem k rychlosti rozpínání vesmíru. Proto astronomové potřebují určit vzdálenosti dalekých galaxií. Cefeidy však nejsou tak jasné, aby umožnily nahlédnout skutečně hluboko do vesmíru.

Pro vzdálené galaxie je zapotřebí mít další standardní svíčky, například supernovy typu 1a - jsou tak jasné, že jsou pozorovatelné asi 1000x dále než cefeidy. Dřívější výsledky odvozené z pozorování kupy galaxií v Panně byly mnohokrát diskutovány, protože tato kupa je tak velká, že možné nepřesnosti ve vzdálenostech jednotlivých galaxií od centra kupy mohou způsobit další chybné odhady. Kupa galaxií v Peci je mnohem kompaktnější, a proto je její pozorování Hubblovým dalekohledem velmi významné.

Problém temné hmoty

Je ve vesmíru dost látky na to, aby měl kritickou hustotu?
Všechny vesmírné objekty, jejichž záření sledujeme dalekohledy, dávají dohromady pouze jedno procento hodnoty kritické hustoty. Je však jasné, že vesmír obsahuje temnou hmotu. Ta způsobuje pozorované rotace galaxií a chování galaktických kup. Když vezmeme v úvahu i tuto hmotu, máme 10% hmoty potřebné ke kritické hustotě. Zbylých 90% hmoty chybí.

Hubblův kosmický dalekohled může být použit i k vyřešení problému skryté hmoty (viz. Kosmologie II.). Tato hmota nevysílá žádné záření, a proto nevíme, jakou má formu - mohou ji tvořit například hnědí trpaslíci tak vzdálení, že nelze zjistit jejich slabé infračervené záření. Další oblíbenou hypotézou je existence zvláštních částic, které vznikly na počátku vesmíru. Projevovaly by se pouze gravitačním působením na jiné pozorovatelné částice.

HST pořídil pomocí Širokoúhlé a planetární kamery 2 snímek středové části kulové hvězdokupy NGC 6397, která je od nás vzdálena 7200 světelných let. Kosmický dalekohled pátral po velmi malých hvězdách a bílých trpaslících, které by tvořily alespoň část skryté hmoty. Pozorování NGC 6397 byla porovnána s předpoklady, co by měl HST zachytit, kdyby skrytá hmota existovala v podobě velkého množství slabých hvězd a hnědých trpaslíků. V tomto případě by však HST musel nalézt dalších 300 hvězd. Ty ale nenalezl.

Zatím se zdá, že temnou hmotu budou tvořit zvláštní částice. Jestliže temná hmota je "chladná" (její pohyby jsou mnohem pomalejší než rychlost světla), tak má tendenci vytvářet nejprve menší struktury. To znamená, že se jako první zformovaly nejmenší skupiny hvězd (hvězdokupy a malé galaxie). Jejich vzájemným smísením pak vznikly větší galaxie jako je naše Mléčná dráha. Tyto galaxie se dále shlukovaly do kup a nadkup a vytvořily vysoce fragmentovanou a vláknitou strukturu vesmíru, kterou pozorujeme dnes.

Na druhou stranu, jestliže temná hmota je "horká", tj. tvořen částicemi jako jsou neutrina, která se pohybují rychlostí světla, potom v raném vesmíru mohly zkondenzovat jen velké struktury. Galaxie a hvězdokupy se musely vytvořit později, z fragmentů těchto struktur. HST nedávno pozoroval množství subgalaktických struktur, snad úlomků budoucích galaxií, a dokonce sledoval, jak se některé z nich mísí a spojují. Není však jasné, zda nejde o ojedinělý případ, protože se jednalo pouze o jednu určitou oblast oblohy.

Existují také pozorování podporující druhý model, tj. nejprve vznik velkoškálových struktur. Možná je správný hybridní model, ale určitě je více chladné temné hmoty. Myšlenka, že malé shluky se postupně zvětšují, je asi správn . Další pozorování naznačují, že galaxie skutečně postupně vznikají ze slabých modrých úlomků hmoty a hvězd.

Hubblův kosmický dalekohled nedávno nalezl mezigalaktické hvězdy v kupě galaxií v souhvězdí Panny ve vzdálenosti 60 milionů světelných let od Země. Rozdělení hvězd v kupě v Panně by mohlo astronomům pomoci prozkoumat rozložení temné hmoty v kupě. Tyto mezigalaktické hvězdy jsou členy třídy rudých obrů. Na určení jejich vzdálenosti můžeme použít další nezávislou metodu. Tato měření jsou klíčem k odhadu rychlosti rozpínání a stáří vesmíru.

Závěr

Možná jsem neuvedla úplný scénář vzniku a vývoje vesmíru. Přednost dostalo zhodnocení posledních měření provedených HST. Na základě nových a převratných objevů, týkajících se zejména vzniku a vývoje galaxií v raném vesmíru, se jen velmi těžko rekonstruuje detailní vývoj vesmíru. Základní věci, uvedené např. v knize S. Weinberga "První tři minuty" zůstávají, ale kolem nich se nyní točí celá řada nových a průkopnických myšlenek. Zdá se, že všechny nakonec povedou stejným směrem - ke zkoumání galaxií, hvězdných ostrovů, z nichž je vesmír složen.

Předchozí díly:
Kosmologie I., Kosmologie II., Kosmologie III..

Zpět na ASTRO