Vážení vesmíru pomocí supernov
Měření rychlosti, kterou se zpomaluje rozpínání vesmíru, může odhalit kolik hmoty, zářící i temné, vesmír obsahuje. Rychlost
zpomalování se získává pomocí měření jasností a rudých posuvů ve spektrech standardně svítivých objektů, které jsou vzdáleny
miliardy světelných let. Jednou z těchto "standardních svíček" jsou právě supernovy, které se zdají být velmi vhodné pro zjištění
hustoty hmoty ve vesmíru (Wo) .
Vzdálenost supernov je odvozena z jejich zdánlivé jasnosti: čím je slabší, tím dále objekt leží a tím nahlížíme hlouběji do historie našeho vesmíru. Ve spektrech vzdálených vesmírných objektů, tedy i supernov, pozorujeme tzv. rudý posuv. Jde o posunutí spektrálních čar k červenému konci spektra. Rudý posuv vzniká tehdy, když se objekt vysílající záření od nás vzdaluje. Daleké galaxie, v nichž vybuchují sledované supernovy, se od nás vzdalují právě díky rozpínání vesmíru. Proto rudý posuv odhaluje, jak mnoho se vesmír rozepnul za dobu, po kterou putoval světelný paprsek ze supernovy do našich dalekohledů.
Jak můžeme objevit a studovat supernovy v galaxiích, jež jsou vzdáleny miliardy světelných let? Postup se zdá být obtížný: v těchto vzdálenostech jsou supernovy zachytitelné pouze velkými dalekohledy na významných observatořích, které musí být pro pozorování zamluveny několik měsíců předem. Jenže supernovy se objevují náhodně, náhle, bez předchozího varování. Navíc ty, které slouží jako nejlepší standardní svíčky - supernovy typu Ia - vybuchují v typické galaxii jen několikrát za tisíciletí.
Sledování supernov naštěstí usnadňují dvě věci. Za prvé, supernovy typu Ia jsou nejjasnější třídou supernov. Dokážou snadno přezářit galaxie, ve kterých explodují. Proto mohou být detekované i ve vzdálenostech miliard světelných let. Za druhé, nejnovější generace CCD kamer na významných observatořích umožňuje zachycovat relativně širokou oblast oblohy. Již několikaminutová expozice zdánlivě prázdné části oblohy odhalí stovky vzdálených galaxií, což podstatně zlepšuje šanci na nalezení supernovy. Po supernově se pátrá pomocí počítače, který porovnává nové obrázky se snímky pořízenými před několika týdny. Z desítek tisíc takto prozkoumaných galaxií nejméně pět ukáže novou světelnou skvrnu.
Zkoumání těchto zjasnění a získání jejich spekter potvrdí, zda se skutečně jedná o supernovy. Když ano, zjistí se jejich typy a hodnoty rudých posuvů. I když byla tato metoda vyvinuta teprve před několika lety, astronomové již identifikovali a prozkoumali sedm supernov. Jedna z nich - supernova 22. magnitudy ve velmi vzdálené galaxii - vybuchla asi před pěti miliardami let, v době, kdy se začala vytvářet Země. S použitím větších kamer by měli kosmologové získat dostatek údajů pro měření hustoty hmoty ve vesmíru Wo s přesností 0.2 v několika následujících letech.
Přesto se v procesu měření hustoty hmoty ve vesmíru nedá předejít komplikacím. Navzdory svému předpokládanému společnému původu nejsou supernovy typu Ia zcela stejné. Malé rozdíly v jasnosti by mohly vést k nepřesnému stanovení Wo. Avšak studie blízkých supernov typu Ia, které mohou být prozkoumány detailněji, ukazuje překvapivě, že dosud pozorované rozdíly v jasnosti vytvářejí určitou logickou posloupnost. Například, supernovy typu Ia s větší vlastní jasností se pomaleji zjasňují a ztemňují než slabší supernovy stejného typu.
Další komplikací je ztráta jasnosti supernovy díky absorbci světla prachem v galaxii, ve které vybuchuje. Modré světlo je tímto jevem více ovlivněno než červené, a tak zřejmě bude možné měřit tyto změny v barvách supernovy a udělat tak opravu.
Při rychlém postupu výzkumu supernov typu Ia získáváme stále více a více těchto objektů v kosmologicky důležitých vzdálenostech. Astronomové doufají, že jim pomohou zjistit rychlost zpomalování rozpínání vesmíru a tak pochopit i osud našeho vesmíru.
Hvězdný hřbitov
Krize kosmologie se projevuje především ve sporu kosmologů se stelárními astronomy, kteří tvrdí, že vesmír je mnohem starší,
snad až 20 miliard let. Jak jsme si ukázali, příčina problému tkví v určení stáří nejstarších hvězd ve vesmíru, které se nalézají v
kulových hvězdokupách.
Pozorování vyhořelých hvězd v kulových hvězdokupách pomocí HST mohou stanovit věk nejstarších hvězd a tedy i stáří vesmíru. Astronomové učinili nedávno první krok, když odhalili několik desítek bílých trpaslíků, vyhořelých zbytků dříve jasných hvězd, v hvězdokupě M4 v souhvězdí Štíra.
Kulové hvězdokupy obsahují několik set tisíc hvězd. Pravděpodobně se zformovaly v krátké době po vytvoření svých rodičovských galaxií, tedy nedlouho po vzniku vesmíru. Při předpokladu, že hvězdokupa zplodila všechny své hvězdy ve stejném čase, mohou výzkumníci určit stáří hvězdokupy pomocí stáří jednotlivých hvězd.
Naneštěstí většina členů hvězdokupy jsou hvězdy na hlavní posloupnosti. To znamená, že nemůžeme přesně určit jejich stáří. Odhady stáří hvězdokup závisí na nalezení rudých obrů nebo jiných hvězd na konci životních cyklů. Astronomové vytváří modely vývoje hvězdokup, aby získali stejný počet, barvy a jasnosti rudých obrů a hvězd na hlavní posloupnosti. Stáří modelu, který nejlépe odpovídá pozorované hvězdokupě, se bere jako její stáří. Touto metodou bylo odhadnuto stáří M4 na 14 miliard let.
Vědci by nejraději získali přesný údaj o stáří, aby se nemuseli přít o to, zda jejich modely představují skutečný vývoj hvězd. Hvězdné hřbitovy mohou poskytnout dobré výsledky.
Když hvězda podobná Slunci umírá, odvrhne své vnější plynné obálky do vesmíru a zůstane z ní horké žhnoucí jádro - bílý trpaslík. Tento pozůstatek hvězdy pomalu vyzařuje energii do vesmíru a postupně vychládá. Protože trvá miliardy let, než zcela vychladne a stane se černým trpaslíkem, mohly by kulové hvězdokupy obsahovat tisíce vychladlých bílých trpaslíků. Rychlost chladnutí závisí na teplotě a zářivosti hvězdy.
Všichni bílí trpaslíci mají počáteční teplotu okolo 100 milionů Kelvinů. Když známe jejich současnou teplotu a rychlost chladnutí, můžeme zjistit, kdy se bílí trpaslíci vytvořili. Nejstarší bílí trpaslíci pocházejí z hvězd s krátkým obdobím života na hlavní posloupnosti, a tedy doba jejich chladnutí je přibližně stejná jako skutečné stáří hvězd a udává dolní hranici stáří kulové hvězdokupy.
Ještě nedávno bylo známo pouze okolo deseti bílých trpaslíků v různých kulových hvězdokupách, a to nestačilo k odhadu stáří hvězdokup. Optika Hubblova teleskopu však může proniknout do hvězdokupy a odlišit slabou záři bílých trpaslíků od jasného světla hvězd na hlavní posloupnosti a rudých obrů. S použitím Wide Field and Planetary Camera 2 nalezl tým vedený Harvey Richerem z university v Britské Kolumbii ve Vancouveru více než 75 bílých trpaslíků v M4.
Výsledky z HST pomohou zpřesnit údaje o vychládání bílých trpaslíků. Je to první důležitý krok pro určení stáří vesmíru. Budoucí delší expozice by mohly pomoci najít ještě slabší, starší bílé trpaslíky, a tak najít stáří hvězdokup a rozhodnout spor o stáří vesmíru.
(pokračování příště)
Předchozí díly:
Kosmologie I., Kosmologie II.
| Michaela Kryšková 16. dubna 1998 |
Počet návštěv - |