Vedci našli najvzdialenejší objekt, ktorého chemické zloženie poznajú

Tím vedcov v americkom National Radio Astronomy Observatory objavil vodík v galaxii vzdialenej zhruba päť miliárd svetelných rokov.

Jeho let trval „iba“ niečo vyše štyroch miliárd rokov, zvyšok vzdialenosti má na svedomí rozpínanie vesmíru. Toto je dlhý čas aj na vesmírne pomery. Slnečná sústava má 4,5 miliardy rokov, Mliečna cesta okolo 10 miliárd (podla toho, čo označíme ako jej vznik) a samotný vesmír 13,8 miliardy rokov.

Síce nejde o najvzdialenejší objekt, aký bol pozorovaný (dokážeme zachytiť svetlo zo zdrojov, ktoré vznikli len pár stoviek miliónov rokov po vzniku vesmíru), ale ide o najvzdialenejší objekt, ktorého chemické zloženie poznáme, teda aspoň čiastočne.

Toto je veľmi zaujímavé pre skúmanie histórie vesmíru, vysvetlime si prečo.

Tesne po vzniku (veľký tresk) obsahoval vesmír iba vodík a malé množstvo ďalších ľahkých prvkov ako hélium a lítium. Prvé hviezdy, ktoré vznikali, boli prevažne obrovské (stonásobky Slnka) a tvorené výlučne z ľahkých prvkov.

Sme hviezdny prach

Tie premieňali jadrovými reakciami na ťažšie prvky, z čoho získavali energiu. Keď sa energetické zásoby začali míňať, hviezdy explodovali a produkty jadrových reakcií vymrštili do okolia. Ďalšie vznikajúce hviezdy tak obsahovali už aj ťažšie prvky a pokračovali v ich ďalšej produkcii.

Každá generácia hviezd tak mení pomer ľahkých a ťažkých prvkov vo vesmíre. Toto je kľúčové pre vznik života, či už ide o materiál na tvorbu planét, alebo samostatných organizmov – áno, naozaj sme hviezdny prach. Ak je táto predstava správna, tak by malo platiť, že na čím vzdialenejší (a starší) objekt sa pozrieme, tým bude bohatší na vodík (a chudobnejší na ťažké prvky). A presne toto spomínaný experiment potvrdil.

Spektrálne čiary

Mimochodom, ako vieme, že sme pozorovali naozaj vodík, a odkiaľ poznáme vzdialenosť danej galaxie? Aj keď ide o dve veľmi odlišné otázky, majú rovnakú odpoveď, sú ňou spektrálne čiary. Stručne povedané – elektróny v atómoch sa môžu nachádzať len na špeciálnych energetických hladinách, pričom pre každý atóm sú rôzne. Je to ich identifikátor.

Keď cez plyn atómov prechádza svetlo, zachytia sa vlnové dĺžky, ktoré zodpovedajú energetickým prechodom v atóme. V spektre tým vzniknú štrbiny (ako čiarový kód), podľa ktorých dokážeme plyn identifikovať.

Počas toho, ako k nám svetlo z galaxie (spolu so štrbinami v spektre, čiarovým kódom) letelo, vesmír sa rozpínal. Toto spôsobilo, že sa rozpínali aj vlnové dĺžky svetla a štrbiny v spektre sa posunuli – čiarový kód sa zdeformoval.

Našťastie, nie je zložité zistiť, ako vyzeral na začiatku (deformované spektrum vodíka stále vyzerá úplne inak ako spektrum hélia). Vieme tak určiť, akou deformáciou prešiel, a z toho spätne dopočítať, ako dlho k nej dochádzalo – a teda kedy k nám svetlo vyrazilo.

Výsledok experimentu sa nedá označiť za veľké prekvapenie – presne zapadá do našich predstáv o histórii vesmíru. No práve o tomto je fyzika – veľa mravčej práce, vďaka ktorej si postupne zostavujeme mozaiku o vesmíre.

Autor je doktorandom teoretickej fyziky na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského v Bratislave.