Denník N

Prvým hviezdam to po Veľkom tresku trvalo dlhšie

Vizualizácia kozmického mikrovlnného pozadia, najstaršieho svetla, keď mal vesmír iba 380-tis. rokov. FOTO - ESA and the Planck Collaboration
Vizualizácia kozmického mikrovlnného pozadia, najstaršieho svetla, keď mal vesmír iba 380-tis. rokov. FOTO – ESA and the Planck Collaboration

Prvé hviezdy vznikli o 140 miliónov rokov neskôr, ako sme si doteraz mysleli, naznačujú najnovšie dáta Planckovej družice Európskej vesmírnej agentúry.

Vesmír vznikol pred 13,8 miliardami rokov. Svetlo z prvých hviezd ho rozžiarilo a ukončilo tak obdobie známe ako „temný vek“ o stovky miliónov rokov neskôr. Ale o koľko presne?

Doteraz si vedci mysleli, že ku vzniku prvých hviezd došlo asi 400 miliónov rokov po Veľkom tresku. Ale najnovšie merania Planckovej družice naznačujú, že k tomu došlo asi o 140 miliónov rokov neskôr. Prvé hviezdy sú teda mladšie.

Výsledky priniesol vedecký časopis Astronomy and Astrophysics.

Veľká zmena

„Tento rozdiel 140 miliónov rokov nemusí vyzerať ako veľmi dôležitý vzhľadom k tomu, že náš vesmír má až 13,8 miliárd rokov, ale v konečnom dôsledku ide o pomerne veľkú zmenu v našom chápaní kľúčových udalostí najranejších etáp nášho vesmíru.“, vysvetľuje pre BBC George Efstathiou, člen Planck Science Collaboration.

Planckova družica bola do vesmíru vypustená v roku 2009. Nasledujúce štyri roky merala takzvané kozmické mikrovlnné pozadie (reliktné žiarenie). Ide o prvé svetlo vyžiarené vo vesmíre.

„Pozorované reliktné žiarenie vzniklo v dobe 380-tis. rokov po Veľkom tresku. Vesmír bol vtedy veľmi mladý a horúci asi 3-tisíc stupňov Celzia. Počas prvých 380-tis. rokov bol vesmír nepriehľadný. Skoršie svetlo teda nie je.“, povedal pre Denník N Tomáš Blažek, vedúci Katedry teoretickej fyziky a didaktiky fyziky FMFI UK v Bratislave.

A hneď dodáva: „Keď v reliktnom žiarení rozoznávame teplejšie a chladnejšie miesta, v skutočnosti sa pozeráme na teplejšie a chladnejšie oblasti raného vesmíru. V tých teplejších bolo nielen viac energie žiarenia, ale aj viac hmoty. Tieto oblasti sa neskôr stali zárodkami centier prvých zhlukov galaxií, a teda aj miestom vzniku prvých hviezd.“

Analýza reliktného (pozostatkového) žiarenia je dôležitá preto, lebo nám poskytuje užitočné informácie o veku a raných etapách vývoja vesmíru. „Planck meral tento signál po prvýkrát vo vysokom rozlíšení nad celou oblohou“, cituje Európska vesmírna agentúra (ESA) svojho projektového vedca Jana Taubera.

Vďaka týmto jedinečným údajom boli vedci schopní upraviť obdobie vzniku prvých hviezd.

Čo vedci zistili?

Po uvoľnení kozmického mikrovlnného pozadia prevládali vo vesmíre predovšetkým husté mraky nepriehľadného plynu vodíka. Vesmír potom zostal tmavý ešte po milióny rokov, až kým gravitácia nespojila hmotu do prvých hviezd a galaxií.

„Pôsobením gravitačnej sily sa atómy začali zhlukovať. V dostatočne veľkých masách atómov vznikol veľmi vysoký tlak a teplota. Začala tak prebiehať fúzia ľahkých atómov na ťažšie. A tak vznikajú prvé hviezdy,“ vraví teoretický fyzik Juraj Tekel.

Prvé hviezdy potom produkovali dostatok žiarenia na to, aby ionizovali vodík, ktorý sa stal priehľadný. Túto etapu nazývame reionizácia.

„Energia, ktorá sa pri reakciách v jadrách prvých hviezd uvoľnila, ohriala atómy v okolí hviezdy. Následkom toho sa atómy na určitý čas opäť rozpadli na jadrá a elektróny, čomu hovoríme reionizácia. Ide o jav, ktorého pozostatky zachytila Planckova družica. Žiarenie kozmického pozadia sa na týchto nabitých časticiach opäť rozptýlilo a polarizovalo. Z rozdelenia takejto polarizácie v kozmickom žiarení možno určiť, kedy k reionizácií došlo.“ hovorí fyzik Tekel.

V súčasnosti vedci uvažujú o reionizácii ako o „chvíľkovej“ udalosti, aj keď je zrejmé, že trvala milióny rokov, povedal pre Space François Bouchet z Parížskeho inštitútu astrofyziky. 

„Aj reionizácia, tak ako iné fyzikálne procesy, trvala nejakú dobu. Postupne sa budeme chcieť dozvedieť viac o tom, ako dlho trvala. Budeme chcieť byť schopní povedať, kedy bolo 20% vesmíru reionizovaného, a potom 30%, 50% a 100%.“, cituje Space Françoisa Boucheta z Parížskeho inštitútu astrofyziky.

Čo sa im nezdalo?

Problém, s ktorým si vedci pomerne dlho lámali hlavu, spočíval v tom, že 400 miliónov rokov od Veľkého tresku nepovažovali za dobu dostatočnú na to, aby gravitácia sformovala prvé hviezdy, ktoré by vyžarovali svetlo, uvádza New Scientist. 

Vďaka dátam z Planckovej družice sa im podarilo toto časové obdobie posunúť na 550 miliónov rokov. „Ak by tento problém nebol vyriešený, museli by sme si vytvárať rôzne zvláštne teórie o tom, ako vznikali prvé hviezdy“, povedal pre New Scientist Tauber. Informácie z Planckovej družice podľa neho tiež potvrdili predošlé merania o množstve tmavej energie a tmavej hmoty vo vesmíre.

„Tmavá hmota je hmota s rovnakými gravitačnými vlastnosťami ako atómy, ale nie sú to atómy. Ide o neznáme slabo interagujúce častice, ktoré sa zo všetkých síl snažíme zachytiť v ostatných asi 15 rokoch. Kto ich nájde prvý, ma zaručenú Nobelovu cenu. Tmavá energia je neznámou formou energie s inými „gravitačnými“ vlastnosťami ako hmota. Vytvára záporný tlak – teleso sa nesnaží stlačiť, ale roztrhnúť.“, vysvetlil Tomáš Blažek.

Ďalšie otázky na obzore

Záhada, ktorá stále čaká na svoje vyriešenie, je, či kozmické mikrovlnné pozadie obsahuje znaky gravitačných vĺn. Ak by sme ich pozorovali, bol by to dôkaz toho, že vesmír vo svojich raných fázach prekonal veľmi masívnu expanziu známu ako inflácia, píše New Scientist.

Máte pripomienku alebo ste našli chybu? Prosíme, napíšte na pripomienky@dennikn.sk.

Svet, Veda