Denník N

Vedci sledovali výbuch supernovy cez galaktickú lupu

Pohľad na supernovu pod gravitačnou šošovkou. Foto – ESA/Hubble, NASA, Palomar Observatory/California Institute of Technology
Pohľad na supernovu pod gravitačnou šošovkou. Foto – ESA/Hubble, NASA, Palomar Observatory/California Institute of Technology

Vedci pozorovali supernovu typu 1a, ktorej svetlo k nám letelo viac ako štyri miliardy rokov. Jej obraz vidíme ako pod lupou vďaka galaxii, ktorá leží presne na ceste k nám. Ide o kombináciu dvoch zriedkavých javov, ktoré ponúkajú unikátne výskumné možnosti.

Predstavte si, že je noc a ste v chalúpke na okraji lesa. Vôkol vás je úplné ticho a tma. Zrazu uvidíte cez okno bodku svetla. Viete povedať, ako ďaleko sa nachádza jeho zdroj?

Vo všeobecnosti nie – slabý zdroj v blízkosti vyzerá rovnako ako silný zdroj v diaľke. Možno len niekto kráča s baterkou pár metrov od domu, hovoríte si. A možno niekto v diaľke svieti reflektorom.

Situáciu by zjednodušilo, ak by ste vedeli, čo to vlastne svieti. Ak je to baterka a vidíme ju slabo, je jasné, že je ďaleko.

Presne s takýmto problémom zápolia astrofyzici. Vidia hviezdu, ale nevedia, či je jasná, no veľmi ďaleko, alebo tmavá, no veľmi blízko. „Záchranou“ je existencia objektov, ktorých svietivosť je daná, respektíve si ju vieme spočítať (napríklad z toho, ako blikajú). Kolektívne sa nazývajú štandardné sviece, no ich povaha je rôznorodá.

Rozpínanie vesmíru sa zrýchľuje

Asi najvýznamnejšie z nich sú supernovy typu 1a. Supernovy sú vybuchujúce hviezdy, ktoré na krátky okamih prežiaria aj celú galaxiu (my ich tak niekedy vidíme cez takmer celý viditeľný vesmír). Svetlo sa k nám nedostane hneď a niekedy mu trvá až miliardy rokov, kým k nám dorazí. Vďaka tomu môžeme sledovať históriu vesmíru.

Pozorovaním supernov typu 1a sme sa dozvedeli nielen to, že sa náš vesmír rozpína, ale že sa toto rozpínanie zrýchľuje. Znamená to, že vesmír je plný tmavej energie, o ktorej podstate nevieme prakticky nič (aj keď teoreticky pár nápadov máme).

Za výskum rozpínania vesmíru cez supernovy udelili Nobelovu cenu v roku 2011. Keď raz niekto odhalí podstatu tmavej energie, cena ho pravdepodobne tiež neminie. Rok, keď sa to podarí, si však netrúfame odhadnúť.

Einsteinova teória gravitácie

Einsteinova teória gravitácie nedávno oslávila storočnicu. Teraz ju považujeme za jeden zo základných pilierov fyziky, no v časoch, keď vznikala, bola pre fyzikov veľkým sústom, pretože kompletne prekopala predstavy, ktoré panovali od dôb Isaaca Newtona.

Podľa Newtona gravitácia pôsobí tak, že sa hmotné objekty priťahujú. Podľa Einsteina však hmotné objekty deformujú časopriestor a ich výsledný pohyb v ňom iba vyzerá tak, že sa priťahujú.

Neobyčajné tvrdenia vyžadujú neobyčajné dôkazy a Einstein ich poskytol hneď niekoľko. Jedným z kľúčových dôvodov bolo takzvané šošovkovanie svetla. Lúče svetla z ďalekých hviezd k nám idú po rovnej čiare.

Ak sa však dostanú do tesnej blízkosti veľmi hmotného objektu, ich dráhu zakriví – rovnako ako šošovka na lupe. Odtiaľ to meno.

The galaxy SDSS J210415.89-062024.7 is located 2.5 billion light years away. It acted as a lens for a supernova at an even greater distance, creating four distinct images of the explosion — an effect created by strong gravitational lensing. Foto - ESA/Hubble, NASA
Galaxia SDSS J210415.89-062024.7 sa od nás nachádza 2,5 miliardy svetelných rokov. Svojou gravitáciou poslúžila ako lupa na pozorovanie supernovy. Foto – ESA/Hubble/NASA

Slnko ako gravitačná šošovka

Slová a písmená, ktoré práve čítate, sa nehýbu. Predstavte si však, že by ste pred ne dali lupu: ich poloha by sa tým zdanlivo zmenila. Rovnaký efekt môže nastať aj na astronomickej škále. Sledujete hviezdne nebo, a ak sa zrazu dostane medzi vás a hviezdy veľmi hmotný objekt, zafunguje ako šošovka a polohu hviezd zdanlivo mierne posunie.

Najbližší dostatočne hmotný objekt v našej blízkosti je Slnko. Hviezdy, ktoré vidíme tesne vedľa neho (a teda ich lúče ho iba tesne míňajú), vidíme mierne posunuté.

Každý, kto skúšal pozorovať hviezdy na pravé poludnie, vie, že to veľmi nejde, lebo svetlo Slnka všetko presvieti. Ak je však práve úplné zatmenie, môžete vidieť hviezdy aj na pravé poludnie a overiť si tak, že Slnko funguje ako gravitačná šošovka.

Práve takýto experiment presvedčil o správnosti Einsteinovej teórie kritickú masu odborníkov a spravil z neho svetovú vedeckú celebritu.

Svetlo letelo viac ako 4 miliardy rokov

Tu sa konečne dostávame k fantastickej novej správe. Vidieť supernovu typu 1a, ktorá slúži ako štandardná svieca, je zriedkavé. Vidieť gravitačné šošovkovanie tiež nie je samozrejmosť, lebo medzi nami a tým, čo pozorujeme, musí byť dostatočne hmotný objekt.

Výskumníci zo Štokholmskej univerzity vo Švédsku pozorovali supernovu typu 1a, nie veľmi poeticky nazvanú iPTF16geu, ktorej svetlo k nám letelo viac ako štyri miliardy rokov.

Jej obraz vidíme ako pod lupou vďaka galaxii, ktorá leží presne na ceste k nám. Ide o kombináciu dvoch zriedkavých javov, ktoré nám ponúkajú unikátne výskumné možnosti.

The supernova iPTF16geu exploded at a distance corresponding to a time 4.3 billion years ago. It could only be detected because a foreground galaxy lensed the light of the explosion, making it 50 times brighter for observers on Earth. It also caused the supernova to appear in four distinct places on the sky, surrounding the lensing galaxy in the foreground.
Supernova iPTF16geu vybuchla od nás vo vzdialenosti viac ako 4,3 miliardy rokov. Detegovať ju bolo možné iba vďaka gravitačnej lupe, ktorá intenzitu svetla zosilnila 50-násobne. Okrem toho spôsobila, že ju na oblohe vidieť štvormo. Foto – ESA/Hubble/NASA

Spresnia Hubblovu konštantu

Keďže ide o štandardnú sviecu, vieme, ako svieti, a môžeme tak skúmať samotnú gravitačnú šošovku. Jej výsledný efekt je, že supernovu vidíme štyrikrát. Svetlo každého z týchto obrazov šlo po trochu inej dráhe (nie sú zahnuté rovnako) a letelo tak trochu iný čas (rozdiel sa počíta v dňoch).

Tím vedcov verí, že sa nám pomocou tohto merania podarí spresniť Hubblovu konštantu, ktoré opisuje rozpínanie vesmíru a z ktorej napríklad aj počítame jeho vek.

Okrem Hubblovho teleskopu sa do pozorovania zapojil aj Keckov teleskop na Havaji a Very Large Telescope Európskeho južného observatória (ESO) v Čile.

Uvidíme, aké údaje a zistenia sa podarí z tohto objavu získať. Zatiaľ si však môžeme vychutnať fascinujúce zábery, ktoré priniesla súhra dvoch astronomických fenoménov: supernov a gravitačných šošoviek.

Gravitačné šošovkovanie. Zdroj – YouTube

Dostupné z arXiv:1611.00014

[Tip na knihu: Věda podle abecedy od známeho popularizátora vedy, novinára českého Deníka N Petra Koubského.]

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

Vesmír

Veda

Teraz najčítanejšie