Zvětšit obrázek

Masami Ouchi z Carnegie Institution of Washington, šéf mezinárodního týmu amerických, japonských a britských astronomů spolupracujících na projektu Subaru/XMM-Newton Deep Survey. Video o objektu Himiko s vyjádřením Masami Ouchiho.

V roce 2000 Charles Steidel z Caltech-u (California Institute of Technology, Pasadena) objevil velmi vzdálené, svítícím mrakům podobné objekty. Protože vyzařují v určité vlnové délce vodíkového spektra, nazývají se Lyman Alfa zářiče (vysvětlivky pod článkem). Astronomové takový objekt s dávkou recese nazývají blob - kaňkou, skvrnou, beztvarou strukturou, přesněji Lyman alfa blob (i když v systémech počítačových databází „blob“ znamená „binary large object“, v tomto případě o žádné binární objekty nejde).  Tyhle „bloby“ jenom re-emitují záření jiných zdrojů – akrečního disku okolo aktivní černé díry, nebo záření skupiny hvězd. Vodíkové atomy v mracích blobů absorbují energii fotonů, excitují do vyššího energetického stavu a při návratu zpět vyzařují v takzvané Lymanově alfa čáře s vlnovou délkou 121,6 nanometrů, jenž odpovídá přechodu elektronu atomu vodíku z druhé hladiny na první. Jde o ultrafialové světlo, které zemská atmosféra nepropouští. Ale v případě velmi vzdálených objektů, které se rozpínáním vesmíru rychle vzdalují, vlnová délka jejich záření výrazně narůstá (kosmologický rudý posuv) a posouvá se do oblastí spektra, ve kterých jsou zdroje viditelné i na Zemi.

Subaru/XMM-Newton Deep Survey (SXDS) je projekt podrobného výzkumu jedné konkrétní oblasti na obloze která se nám promítá do zorného pole s rozlohou asi 1,3 obloukového stupně čtverečního v souhvězdí Velryby. Kombinace pozorovaní z různých výkonných teleskopů, mezi kterými dominuje pozemní japonský optický teleskop Subaru na Havaji a vesmírný rentgenový teleskop Newton umožňuje nahlédnout do vzdálených hlubin vesmíru, až do dob jeho raného mládí. Na záběrech dalekohledů se mezi 207 vzdálenými galaxiemi objevila i zvláštní světlá skvrna, kterou vědci zpočátku považovali za falešný signál, jakéhosi nechtěného vetřelce z vesmírneho „popředí“. Proto nehodlali na něj plýtvat vzácný pozorovací čas velikých teleskopů. Objekt ale měl některé spektrální charakteristiky připomínající velmi vzdálené galaxie a tak se nakonec přece jen na něj podrobněji podívali. A hle – spektrum vskutku vykazovalo charakteristickou vodíkovou stopu s rudým posunem, jenž jednoznačně indikoval nečekaně velkou vzdálenost – 12,9 miliard světelných let! Objekt byl podle bájemi opředené japonské vládkyně z třetího století n. l. nazván Himiko. Pozemská i vesmírná Himiko mají něco společného – jsou z dávných dob, jsou významné a zejména tajemné. Ta vesmírná se rozprostírá na rozloze s průměrem 55 tisíc světelných let, což představuje velikostní rekord pro období, kdy vesmíru bylo pouhých 800 milionů let. Blob Himiko je velký jako poloměr naší galaxie, no nemá plochý tvar disku, ale obrovského mraku, ve kterém dominuje vodík.

Zvětšit obrázek

Snímek objektu Himiko je výsledkem skládání různých dat. Barvy nejsou skutečné. Kredit: M. Ouchi

Himiko je však výjimečná – je příliš daleko a příliš velká a žel málo zřetelná a tak vědce mate. Není jim jasné, oč jde. I přes to, že k údajům ze zmíněných teleskopů – k snímkům ze Subaru, a sondy Newton přibyla pozorování z dalekohledů jako jsou Keck (Mauna Kea, Havaj), Magellan (Las Campanas, Čile) a z VLT (Very Large Telescope, Cerro Paranal, Čile) – zůstává fyzikální původ Himiko záhadou. Mohlo by jít o oblak ionizovaného plynu, který pohání super masivní černá díra, tedy v podstatě o rané vývojové stadium galaxie. Nebo je to nejasná správa o pradávné srážce dvou mladých velkých galaxií?  V nabídce možných vysvětlení je i odlesk časoprostorově vzdáleného překotného zrodu hvězd, nebo vesmírem letící světelný záznam o existenci téměř 13 miliard staré obrovské galaxie s hmotností asi čtyřiceti miliard Sluncí. Doposud objevené podobné objekty „Lyman α bloby“ jsou podstatně mladší, vznikaly v dobách, kdy vesmíru bylo „už“ 2 až 3 miliardy let. Himiko však pochází ze vzdálenosti, která představuje téměř hranici viditelnosti – z takzvané re-ionizační doby (vysvětlivky pod článkem). Pro tuhle vzdálenost v čase a tedy i v prostoru je Himiko vskutku velkým objektem. Vědci v něm neobjevili stopy po blízké černé díře, která by mohla napovídat, že jde o vedlejší produkt už vytvořené galaxie.

Zvětšit obrázek

2D a 1D zobrazení spektra záření objektu Himiko. Hodnoty v ångströmech se do nám bližších nanometrů převedou posunutím desetinné čárky o jedno místo doleva. 1 Å = 0,1 nm.

Kdyby Himiko nebyla důsledkem, ale naopak kolébkou vznikající nové galaxie, pak by se stávající kosmologické modely vzniku prvních galaxií měly poopravit. Předpokládají totiž, že velké spirální galaxie vznikaly po dlouhou dobu a rostly postupným slučováním. Možná by to vedlo k oprášení teorie z před 40 let, která předpokládala vznik galaxií gravitačním kolapsem monolitických obrovských mračen prvotního vesmírného materiálu.

 „Čím hlouběji do vesmíru hledíme, tím se díváme dál do minulosti“, vysvětluje Masami Ouchi, pracující na observatořích Carnegieho ústavu, který šéfuje mezinárodnímu týmu astronomů ze Spojených států, Japonska a Velké Británie. „Jsem tímhle objeven velice překvapen. Nepředstavoval jsem si, že tak obrovský objekt může existovat v tak raném stadiu vesmírného vývoje. Podle příslušného modelu kosmologie Big Bangu se nejdříve tvoří malé objekty, které se pak shlukují do větších. Blob Himiko má však velikost současných galaxií v době, kdy vesmír měl pouze 800 miliónů roků, tedy pouze 6 % jeho dnešního věku!“
 „Jednou ze záhadných věcí kolem Himiko je, že je tak výjimečná. Jestli jde o objev objektu, který je předchůdcem dnešních galaxií, měli bychom nacházet mnohem více podobných objektů, ale menších. A jejich zastoupení by mělo mít plynulé rozdělení (podle Gaussovy křivky). Protože je to objekt jedinečný, je velice těžké ho zařadit do stávajících modelů vzniku normálních galaxií. Ale na druhé straně, právě to jej dělá zajímavým“, jsou slova dalšího člena vědeckého týmu, Alana Dresslera z Carnegieho ústavu. 

Výsledky výzkumu objektu Himiko budou publikovány až 10. května v následujícím vydání The Astrophysical Journal. Preprint článku je volně dostupný na stránce arxiv.org  

Zdroje: Carnegie Institution for Science , Nature News, Wikipedie

Lymanovu sérii tvoří spektrální čáry vodíku, které jsou výsledkem emise záření s konkrétní vlnovou délkou (frekvencí) při přechodu elektronu s vyšší energetické hladiny na nižší. Tedy když atom v excitovaném (vybuzeném) stavu přechází zpět do základního energetického stavu. Při přechodu elektronu mezi první a dru¬hou energetickou hladinou vzniká čára Lα (L–alfa, s vlnovou délkou 121,5 nm), při přechodu mezi první a třetí čárou: Lβ (102,5 nm), mezi první a čtvrtou čárou: Lγ (97,2 nm), mezi první a pátou čárou: Lδ (94,9 nm) apod. Lymanova série končí u vlnové délky 91,2 nm. Všechny čáry spadají do ultrafialové oblasti spektra, která neprochází zemskou atmosférou. Rudým posunem vzdálených objektů vyzařujících právě v tomhle spektru se vlnové délky prodlužují a záření se pak posouvá do spektrální oblasti viditelné i pozemskými dalekohledy. 

Zvětšit obrázek

V době asi 400 tisíc let po Big Bangu se díky rozpínání snížila teplota ve vesmíru natolik, že kladné protony dokázaly udržet záporné elektrony, čímž vznikaly atomy neutrálního vodíku. Ten absorboval fotony určitých energií a tak se vesmír v té době stal v postatě neprůhledný. Když se ale z prvotního kosmického materiálu zformovaly první kvasary, hvězdy a galaxie, jejich záření s vyšší energií bylo  sto opět rozbít atomy vodíku na protony a elektrony. Ty pak již nebyly schopny fotony absorbovat a vesmír se opět zprůhlednil. Toto období se nazývá reionizační, nebo re-ionizační a spadá do časového rozmezí od asi 200 miliónů až jedné miliardy let po Big Bangu. Astronomové zkoumají toto období právě pomocí charakteristických stop po vodíku, které až do dnešních dob přinášejí fotony vznikající z v dávných oblacích ionizovaného plynu.