Časopis Nature zverejnil 9. apríla článok veľkého tímu vedcov z 13tich pracovísk 6 krajín o prieskume vzdialených galaxií, v ktorých sa z oblakov plynu a prachu rodí niekoľko sto krát viac hviezd, než v k nám bližších galaxiách. Pretože sú niekoľko miliárd svetelných rokov ďaleko, poskytujú informácie z rannejšieho obdobia vývoja vesmíru. Mnohé boli identifikované po prvý krát, lebo ich jednoducho nevidíme. Odhalili ich až detailné pozorovania v dlhovlnnom infračervenom žiarení. Získal ich teleskop BLAST - Large Aperture Submilimetre Telescope – keď sa v roku 2006 vznášal 11 dní pod prieskumným balónom NASA vo výške takmer 37 kilometrov nad Antarktídou.
Tajomné infračervené vesmírne pozadie
Kredit: Mark Halpern
Družica COBE práve pred dvadsiatimi (už dvadsiatimi?!) rokmi zmapovala mikrovlnné pozadie vesmíru – všadeprítomný odkaz jeho zrodu. Je to priestorovo takmer homogénne mikrovlnné žiarenie s teplotou 2,725 K a vlnovou dĺžkou 1,9 mm. Súčasťou výskumného plánu družice COBE bol aj projekt DIRBE (Diffuse InfraRed Background Experiment), ktorý mapoval oblohu v spektre tepelného žiarenia s vyššou frekvenciou. Analýzou týchto infračervených meraní vedci v roku 1998 zistili, že na vlnových dĺžkach 140 a 240 mikrometrov (0,14 a 0,24 mm) ostáva v obraze vesmíru, po odstránení známych infračervených zdrojov ešte zvyškové pozadie s pomerne homogénnou hustotou energie. Je také slabé, že aj v zavretej chladničke by infračervený detektor nameral asi 7 miliárd krát vyššie hodnoty. Toto takzvané „ďaleké infračervené pozadie“ – FIRB (Far InfraRed Background – vysvetlivky pod článkom) predstavuje asi 1 až 2 % z celkového kozmického pozadia. Čo je zdrojom FIRB, to zostalo nezodpovedanou otázkou. Astronómovia však odhalili, že v určitom type 7 až 10 miliárd svetelných rokov vzdialených galaxií, ktoré nazvali ultražiarivé infračervené galaxie (Ultraluminous InfraRed Galaxies) sa rodí niekoľko 100 krát viac hviezd ako v porovnateľných galaxiách v našom vesmírnom okolí. Už vtedy sa začalo uvažovať, že práve ony sú zdrojom tohto ďalekého infračerveného pozadia. Bolo však potrebné nájsť spôsob, ako predpoklad potvrdiť.
Práve to sa podarilo pomocou analýz meraní teleskopu BLAST na vlnových dĺžkach menších ako 1 mm (0,25; 0,35 a 0,5 mm ) a ich kombináciou s pozorovaniami Spitzerovho vesmírneho teleskopu na oveľa kratších (0,024mm) vlnových dĺžkach infračerveného žiarenia. Výsledok priniesol odpoveď na desaťročie kladenú otázku a bol dôkazom predbežného predpokladu: žiarenie dlhovlnného infračerveného pozadia pochádza práve z týchto vzdialených galaxií. BLAST mnohé z nich „uvidel“ ako prvý teleskop vôbec.
Vedci pracujúci na projekte BLAST sa rozhodli zacieliť svoju pozornosť i prístroje najmä na konkrétnu oblasť oblohy, na ktorú sa zameriavajú najväčšie teleskopy NASA – Hubblov, Spitzerov a röntgenový ďalekohľad Chandra, popri ďalších pozemných výkonných teleskopoch, v snahe pátrať po stopách vzniku a vývoja galaxií. Preto sa táto oblasť nazýva The Great Observatories Origins Deep Survey – South (GOODS – South). A hľa - napriek týmto výkonným ďalekohľadom BLAST počas jedného 11 denného letu balónom vo výške takmer 37 km nad územím Antarktídy odhalil na „svojich“ submilimetrových vlnových dĺžkach elektromagnetického žiarenia desať krát viac galaxií s mladými vznikajúcimi hviezdami (takzvané starburst galaxie), než výkonné pozemné ďalekohľady dohromady za celé desaťročie! Atmosféra astronomickému pozorovaniu všeobecne neprospieva, pre infračervenú oblasť spektra to však platí dvojnásobne.
Prečo sme ich doposiaľ nevideli?
Spomínané galaxie vzdialené viac ako 7 miliárd svetelných rokov, hoci sú masívne a žiarivé, sú zahalené do hustých oblakov plynu (prevažne vodík) s menším podielom prachovej zložky. Tieto galaxie prechádzajú fázou vzniku hviezd v niekoľko stonásobne vyššej miere, než v čase aj v priestore bližšie galaxie v našej oblasti vesmíru. Polovicu žiarenia, ktoré sa uvoľní pri procese vzniku hviezd však obrovské prachové mračná pohltia a spätne vyžiaria v podobe tepelného elektromagnetického vlnenia s teplotou okolo 30 Kelvinov – 30 stupňov nad absolútnou teplotnou nulou, čomu zodpovedá vlnová dĺžka okolo 100 mikrometrov (100 µm = 0,1 mm). Kozmologický červený posun týchto galaxií spôsobuje predĺženie tejto hodnoty do oblasti 200 až 500 µm (0,2 až 0,5 mm). Množstvo týchto galaxií, ich veľká vzdialenosť a rozptyl spôsobujú kumulatívny efekt, takže na Zemi sa ich žiarenie javí ako pomerne homogénne ďaleké infračervené pozadie (pojem „ďaleké“ nesúvisí so vzdialenosťou zdrojov, ale s delením infračerveného žiarenia). Až merania teleskopu BLAST vo vlnových dĺžkach 250, 350 a 500 µm (0,25; 0,35 a 0,5 mm) pomohli identifikovať jednotlivé zdroje. Kombináciou týchto výsledkov s meraniami Spitzerovho teleskopu na vlnovej dĺžke 24 µm vedci dokázali, že 70 % zdrojov ďalekého infračerveného žiarenia pochádza od jednotlivých galaxií s hodnotou červeného posunu vyššou ako 1,2. Čiže sú to práve obrovské mračná plynu a prachu, ktoré nám zakrývajú mnohé vzdialené galaxie a transformujú ich svetlo s vyššími frekvenciami do dlhovlnného tepelného žiarenia. Asi polovicu elektromagnetického žiarenia celého vesmíru tak pripadá na toto nepriame infračervené svetlo mladých galaktických fabrík na hviezdy. Takže pohľad na vesmír vo svetle, ktoré dokážeme očami vidieť, odhaľuje ani nie polovicu obrazu opisujúceho históriu zrodu hviezd.
Prečo históriu? Pohľad na oblohu je vďaka konečnej rýchlosti svetla zaujímavý tým, že čím ďalej do hĺbok vesmíru hľadíme, tým jeho dávnejšiu históriu pozorujeme. Má to veľkú výhodu v tom, že môžeme porovnávať vývoj galaxií v rannom vesmíre s „takmer súčasnou“ aktívnou fázou vývoja galaxií, ktoré sú k nám v priestore, teda i v čase bližšie. Nevýhodou toho, že ani svetlo sa nešíri nekonečne rýchlo (kde by bol v takom prípade v tomto okamihu fotón, ktorý pred minútou opustil Slnko?) je, že nevidíme, ako vzdialený vesmír vyzerá teraz, nemáme informácie o tom, čo sa v ňom práve deje. Aká je reálna šanca sa dozvedieť o prípadnej mimozemskej civilizácii, ktorá by len nedávno, podobne ako tá naša, vznikla "za vesmírnym rohom", na planéte vzdialenej čo len niekoľko svetelných tisícročí?
Ale späť k realite: Aj pomocou balónového projektu BLAST zdokonalená metóda poznávania ranného vesmíru, formovania prvých galaxií a vzniku obrovského počtu hviezd zahalených obrovskými oblakmi plynu a prachu, ktorý to komplikuje, je veľkým prínosom pre ďalšie projekty, naplánované na najbližšie roky:
1/ Pre kameru pracujúcu v oblasti ďalekého infračerveného žiarenia a submilimetrových vĺn na Herschelovom vesmírnom observatóriu, čo je názov spoločnej ESA + NASA sondy, ktorá čaká vo vesmírnom stredisku v Kourou vo Francúzskej Guyane na svoj štart (spolu so sondou Planck) o necelý mesiac, 6. mája 2009.
2/ Pre vývoj veľkých detektorov pre submilimetrovú astronómiu (vysvetlenie pod článkom), akým je napríklad 15 metrový teleskop Jamesa Clerka Maxwella na havajskom observatóriu na spiacej sopke Mauna Kea.
3/ Pre medzinárodný projekt ALMA - Atacama Large Millimeter/submillimeter Array - sústavu rádioteleskopov na observatóriu Llano de Chajnantor v čílskej púšti Atacama.
Jedným z cieľov týchto veľkých projektov je práve štúdium rozloženia oblakov plynu a formovanie hviezd v galaxiách v rannom vesmíre.
„BLAST nám poskytol nový pohľad na vesmír a umožnil nám nové objavy, týkajúce sa širokého okruhu oblastí výskumu – od vzniku nových hviezd po vývoj vzdialených galaxií“, hovorí Barth Netterfield z Univerzity v kanadskom Toronte. „Merali sme všetko – od tisícov malých (prachovo-plynných) mračien, prechádzajúcich fázou zrodu hviezd v našej Galaxii až po galaxie z dôb, keď mal vesmír len štvrtinu súčasného veku“ dodáva prvý autor štúdie Mark Devlin z Pennsylvánskej univerzity. Spolu so svojim bratom, filmárom Paulom Devlinom natočili dokumentárny film o projekte, s názvom BLAST! Nasledovné video je tiež z Paulovej dielne:
BLAST je skratka pre Balloon-borne Large Aperture Submillimeter Telescope, čo je vlastne ďalekohľad mapujúci vesmír nie v spektre viditeľného svetla, ale v spektre ďalekého infračerveného žiarenia, konkrétnejšie vo vlnových dĺžkach 0,25; 0,35 a 0,5 mm (250, 350, and 500 µm – vysvetlenie pod článkom). Teleskop má primárne zrkadlo s priemerom 2 metre, ktoré sústreďuje svetlo na sústavu citlivých tepelných detektorov – bolometrov, ktoré sú chladené tekutým dusíkom a héliom na teplotu 0.3 K (-272,85 oC), čiže tri desatiny stupňa nad absolútnou nulou. Celé zariadenie váži 2000 kg a je vynášané na niekoľkodňové výskumné lety špeciálnymi balónmi NASA do vrchných vrstiev atmosféry, do výšok okolo 37 km. Projekt BLAST, ktorý „beží“ už siedmy rok má za sebou aj sedem balónových letov teleskopu nad územím Kanady, USA, Švédska a Antarktídy.
Ako si vyrobiť väčší „prenosný“ infračervený ďalekohľad? Nasledovné video ponúka trojminútový návod:
Zdroje: stránka projektu BLAST, Wikipedia
Poznámka 1: V elektromagnetickom spektre sa infračervené žiarenie, často nazývané aj žiarenie tepelné, nachádza medzi viditeľným svetlom a mikrovlnným žiarením, z čoho vyplýva aj jeho názov – žiarenie pod (latinsky infra) červeným svetlom. Infračervené žiarenie má teda vlnovú dĺžku väčšiu ako farby, ktoré vidíme, ale kratšiu ako vlny v mikrovlnke – čiže medzi 760 nm (0,00076 mm) a 1 mm (frekvencie medzi 400 THz a 300 GHz). Je to veľmi široký rozsah cez viac ako 3 rády, preto infračervené žiarenie delíme na podoblasti. Delení je pre rôzne účely viac, ale vzhľadom na článok uveďme toto:
1/ Ďaleké (dlhé) infračervené (far-infrared) žiarenie s vlnovou dĺžkou stotina milimetra až milimeter (0,01 mm = 10 μm až po 1 mm = 1000 μm). Táto zložka je intenzívne pohlcovaná plynmi, najmä vodnou parou v zemskej atmosfére. Existuje však isté „okno“ viditeľnosti pre pozemnú, takzvanú submilimetrovú astronómiu a to v rozsahu vlnových dĺžok od 0,2 mm (200 μm) vyššie až po niekoľko milimetrov. Vlnenie v tomto pásme sa v astronómii nazýva submilimetrové vlny.
2/ Stredné infračervené žiarenie (mid-infrared) s vlnovými dĺžkami od 2,5 po 10 μm (od 0,0025 mm po 0,01 mm).
3/ Blízke (krátke) infračervené žiarenie (near-infrared) – od 760 nm po 2,5 μm (0,00076 mm až po 0,0025 mm). V tejto oblasti fungujú napríklad v prístrojoch na nočné videnie, či okolo 1 μm diaľkové ovládače s krátkym dosahom. Na týchto vlnových dĺžkach (pod 1 μm) sa prenášajú dáta cez cez optické vlákna.
Tepelné žiarenie s dlhšou vlnovou dĺžkou, než má červená zložka viditeľného svetla nazval "infra-červené" Wiliam Herschel, keď ho v roku 1800 objavil.
Poznámka 2: Najvzdialenejšia pozorovateľná galaxia je asi 13 miliárd svetelných rokov ďaleko. Vek vesmíru sa odhaduje na 13,7 miliárd rokov.
Diskuze:
