Jedna z prvních hvězd vesmíru. Kredit: N.R.Fuller, National Science Foundation.

Po Velkém třesku byl náš vesmír velmi temný. Asi tak 400 tisíc let. Nebyly v něm žádné galaxie, ani žádné hvězdy. Prakticky celý vesmír tehdy vyplňoval plyn tvořený neutrálním vodíkem. Během příštích 50 až 100 milionů let se tento plyn v některých oblastech o vysoké hustotě vlivem gravitace pomalu smršťoval, až se místy zhroutil do podoby hvězd nejstarší generace.

Pokud jde o úplně první hvězdy ve vesmíru, vědci neustále tápou. Jak vlastně vypadaly? Kdy přesně vznikly? Jak mohly ovlivnit zbytek vesmíru? To jsou otázky, které astronomům dodnes nedají spát, už dlouhé roky.

Judd Bowman. Kredit: NASA.

Po úmorném snažení během 12 let přichází s první informací o nejstarší generaci hvězd tým vědců, který vedl astronom Judd Bowman z Arizonské Státní univerzity. Vystopovali rádiové signály nejstarší generace hvězd, které pocházejí z doby 180 milionů let po Velkém třesku. Byla to prý velká výzva, protože zdroje šumu, překrývající tento signál, mohou být tisíckrát silnější. Jako kdybyste poslouchali cvrkot křídel kolibříka v běsnícím hurikánu. Jejich publikace se objevila v novém čísle časopisu Nature.

Bowmanův tým to dokázal s pomocí pozoruhodného pozemního zařízení, takzvaného rádiového spektrometru, který se nachází v areálu Murchinsonovy rádiové observatoře (MRO) v Západní Austrálii. V rámci svého experimentu EDGES (Experiment to Detect the Global EoR Signature) proměřili průměrné rádiové spektrum všech astronomických signálů, které zachytili na jižní obloze. V rádiovém spektru pak hledali malé odchylky, jimiž se prozradí slabé signály. První hvězdy vesmíru nemohli pozorovat přímo, vystopovali je ale díky jejich působení na okolí. V tomto případě způsobují tlumení mikrovlnného pozadí vesmíru (CMB).

Experiment EDGES. Kredit: CSIRO Australia.

Badatelé nakonec úspěšně detekovali signály, které se vší pravděpodobností pocházejí od primordiálního vodíku, co se jako plyn rozprostíral v tehdejším vesmíru. Podle Bowmana je nepravděpodobné, že bychom za našich životů dohlédli do ještě starší historie hvězd ve vesmíru. Velkým přínosem pro výzkum byl výjimečný rádiový klid, který panuje v okolí Murchinsonovy observatoře. Australská legislativa omezuje používání rádiových vysílačů v okruhu 260 km od observatoře, což je hodně znát.

Časová osa počátků vesmíru. Kredit: N.R.Fuller, National Science Foundation.

Výsledky výzkumu potvrzují očekávání odborníků. Signály z doby prvních hvězd zachytili nejzřetelněji na frekvenci cca 78 megahertzů. To odpovídá době 180 milionů let po Velkém třesku. Jde o přímou detekci doposud nejranějšího signálu plynného vodíku ve vesmíru. Překvapením ovšem bylo, že vesmír byl v té době zřejmě mnohem chladnější, než jsme si mysleli.

Buď se astrofyzici v něčem přepočítali anebo jde o poměrně závažnou stopu nové fyziky. Mohl by to například být důsledek interakce baryonů, tedy běžné hmoty, s temnou hmotou, při které baryony pozvolna ztrácely energii ve prospěch temné hmoty. Tento koncept původně navrhl Rennan Barkana z Telavivské univerzity. Jestli se to potvrdí, byl by to významný pokrok ve výzkumu temné hmoty.

Astrofyziky teď čeká spousta práce. Nově objevený signál z dávného vesmíru bude nutné důkladně analyzovat. Podle Bowmana jejich objev rovněž uspíší budování nových radioteleskopů, jako je HERA (Hydrogen Epoch of Reionization Array) a OVRO-LWA (Owens Valley Long Wavelength Array). A to je jistě dobrá zpráva.

Video: The birth of the first stars


Literatura
Arizona State University 28. 2. 2018, Nature 555: 67–70, Nature 555: 71–74.