Zvětšit obrázek

Astronomové s nadějí očekávají, že nová etapa mapování oblohy pomocí teleskopu Jižní pól (South Pole Telescope) pomůže najít další obří kupy galaxií. Kredit: Glenn Grant/National Science Foundation

Na nejjižnějším místě Země, v nadmořské výšce 2 835 m.n.m. se nachází Amundsenova - Scottova polární výzkumná stanice. Zde, začátkem roku 2007, poprvé natočil do oblohy svojí desetimetrovou parabolu teleskop Jižní pól (South Pole Telescope), registrující elektromagnetické záření s milimetrovou vlnovou délkou, s frekvencemi 70 až 300 GHz (horní hranice rozsahu mikrovln, vyšší frekvence patří již infračerveném záření). Téměř šedesáti členný mezinárodní tým astronomů podrobně analyzoval záznamy, které dalekohled pořídil před dvěma lety a objevil, že ve vzdálenosti 7 miliard světelných let, v nenápadném jižním souhvězdí Malíř (Pictor), se nachází gigantická kupa galaxií. Její celková hmotnost, soustředěná do několika stovek galaxií, se odhaduje na 800 bilionů (8 x 10¹⁴) Sluncí. Jde o největší známé seskupení hmoty z doby, kdy vesmír byl o polovinu mladší, než je dnes a kdy naše Sluneční soustava ještě neexistovala. Výsledky studie zveřejnil odborný časopis Astrophysical Journal.

Zvětšit obrázek

Optický snímek zorného pole (4x4 obloukové minuty), ve kterém se nachází vzdálená kupa galaxií v Malíři, objevena pomocí lokálního zkreslení na mapě reliktního záření. Její obraz v optické oblasti spektra je kvůli časoprostorové vzdálenosti příliš slabý a tak zůstávala dosud utajena. Modrý pás na snímku způsobil satelit přelétající zorným polem v době expozice. Kredit: J. Mohr (LMU Mníchov)

Galaktická kupa, která dostala katalogové označení SPT-CL J0546-5345, se svou hmotností blíží k mnohem mladšímu obrovskému seskupení více než tisíce galaxií v souhvězdí Vlasy Bereniky (Coma Berenices) - ke galaktické kupě Coma (hmotnost: 1,9 x 10¹⁵ Sluncí), vzdálené „jen“ 321 milionů světelných let. Astronomové tvrdí, že objevená kupa galaxií v Malíři by v současnosti - myšleno v astronomickém měřítku - byla asi 4 krát větší, než odpovídá parametrům „zapsaným“ do 7 miliard let „starého“ světla (nebo ještě staršího, ale před 7 miliardami let pozměněného průletem galaktickou kupou). I když podle teorie relativity fotonu letícímu maximální povolenou rychlostí čas neběží, jeho věk prozrazuje nárůst vlnové délky - rudý posuv - úměrný době, po kterou k našim přístrojům letěl rozpínajícím se prostorem.

Na snímcích pořízených ve spektrální oblasti mikrovln se vzdálená galaktická kupa prozradila nepatrným lokálním zkreslením reliktního záření – prvního světla, které asi 370 tisíc let po velkém třesku prozářilo vesmír. Na začátku své cesty mělo okolo 3000 K, ale rozpínáním vesmíru vychladlo na současných 2,725 K a má vlnovou délku 1,9 mm. Když toto všudepřítomné mikrovlnné záření prochází obrovskými kupami galaxií, nízkoenergetickým fotonům hrozí srážka s vysokoenergetickými elektrony horkého plynu, přičemž dochází k inverznímu Comptonovmu rozptylu (vysvětlení). To „vykopne“ mikrovlnný foton na vyšší energii, jež ho může posunout až do spektrální oblasti gama záření. I když v průběhu dalších miliard let také vychladne, energetický rozdíl se zachová.

Zvětšit obrázek

Kombinace infračerveného a optického snímku hmotné kupy galaxií vzdálené 7 miliard světelných let. V žlutých kroužcích jsou galaxie s populací „starých“ hvězd (jako jsou dnešní eliptické galaxie) a v modrých ty, v nichž jsou převážně mladé hvězdy (jako v dnešních spirálních galaxiích). Kredit: M. Brodwin (Harvard-Smithsonian CfA) a J. Mohr (LMU Mníchov)

Kupa galaxií, přesněji oblaka horkého plynu v ní, tak do mikrovlnného reliktního záření vepíší informaci o své existenci v podobě tepelné poruchy s charakteristickým tvarem spektra (Sunajev-Zeldovičův jev). Není jednoduché tento záznam rozšifrovat. Pozorování galaktické kupy v Malíři z jižního pólu astronomové doplnili o údaje ze Spitzerova vesmírného dalekohledu. Snímky infračerveného záření pomohly identifikovat jednotlivé galaxie. Záznamy z Magellanových teleskopů v Čile umožnily odhadnout jejich rychlosti.
Záření většiny galaxií prozrazuje, že mnohé z jejich hvězd jsou již v pokročilé fázi svého vývoje, tedy starší. Z toho vědci usuzují, že celá kupa vznikla mnohem dříve, než je doba, které odpovídá pozorování. Odhady její zrod posouvají až do období prvních dvou miliard let.

Desetimetrový teleskop Jižní pól mapuje viditelnou část oblohy postupně podle naplánovaných sektorů. Analýzy charakteristických nehomogenit v mikrovlnných záznamech reliktního záření umožňují vyhledávat i velmi vzdálené kupy galaxií a odhadnout jejich hmotnost. Vedle studia jejich vývoje a oblaků horkého plynu v nich, je hlavním cílem výzkumu temná energie, která urychluje rozpínání vesmírného prostoru. Dostatečně velký soubor různě vzdálených kup galaxií – a k objevení těch nejvzdálenějších by mělo výrazně přispět právě pozorování z jižního pólu – sice nevyřeší záhadu fyzikální podstaty temné energie, ale může upřesnit, jakou rychlostí se vesmír v minulosti rozpínal a tedy jak se v čase měnila Hubblova konstanta.

Výzkum různě vzdálených galaktických kup pomáhá pochopit, jak neviditelná temná hmota a tajemná temná energie ovlivňovaly vznik a růst kosmických velkorozměrových struktur. Existence obrovských skupin galaxií v mladém vesmíru potvrzuje představu, že před miliardami let byl kompaktnější a tedy i působení gravitace bylo výraznější. Samozřejmě, že zejména v oblastech s vyšší hustotou hmoty, což vedlo k vzniku galaxií a jejich ses-kup-ení. Jak se ale následkem rozpínání zvětšuje prostor mezi strukturami, vesmír řídne. Hmota je na velkých škálách rozptýlenější, temná energie zabraňuje galaxiím se spolčovat.

Zdroj: Harvard-Smithsonian Center For Astrophysics , Wikipedia

Odborný článek