Aký veľký je vesmír?

Položme si najprv jednoduchšiu otázku – ako ďaleko sú od nás hviezdy? Keď sa pozrieme na nočnú oblohu, vidíme prevažne svetlo hviezd, ktoré k nám letelo niekoľko (desať)tisícročí. Väčšina z nich je súčasťou Mliečnej cesty – našej domovskej galaxie s priemerom cca sto tisíc svetelných rokov. Hviezdy sa dožívajú miliard rokov a takmer všetky ešte stále žijú. Ak sa ale na vesmír pozrieme poriadne – cez teleskop, uvidíme aj svetlo z hviezd, ktoré k nám letelo milióny, či dokonca miliardy rokov. Ako to vieme?

Vzdialenosť blízkych hviezd sa dá merať ľahko – pozrieme sa pod akým uhlom ich vidíme v lete a v zime a jednoduchou geometriou si ich vzdialenosť vypočítame. Toto ale celkom nefunguje pre vzdialené hviezdy – počas celého roka ich vidíme pod takmer rovnakým uhlom.

Meranie vzdialenosti ďalekých hviezd sa dá vysvetliť na jednoduchom príklade – predstavme si, že stojíme na lúke v úplnej tme a v diaľke vidíme sviečku. Vieme povedať, ako je ďaleko? Áno, ale potrebujeme ešte jednu pomocnú sviečku, ktorú si zapálime meter od seba. Keď jej jas porovnáme s jasom vzdialenej hviezdy, dokážeme vypočítať jej neznámu vzdialenosť.

Rovnako meriame aj vzdialenosť galaxií. Má to ale háčik – ako zistiť, ako silno žiari hviezda, ktorú pozorujeme? Malá hviezda blízko môže vyzerať ako veľká hviezda ďaleko. Našťastie sa snáď v každej galaxii nachádza istý druh hviezd, tzv. Cepheidy, ktorých jas vieme celkom presne určiť na základe ich správania – vďaka tomu nám slúžia ako pomocné sviečky. Čím slabší je ich jas, tým ďalej sa nachádzajú. Pre ešte vzdialenejšie galaxie sa namiesto Cepheíd používajú explodujúce hviezdy – supernovy.

Kým začal v roku 1919 astronóm Edwin Hubble pracovať v observatóriu na vrchu Mount Wilson, predpokladalo sa, že vesmír tvorí iba jedna galaxia – naša Mliečna cesta. Hubble si však uvedomil, že to, čo ľudia volali „hmlovina Andromeda“ nie je hmlovina, ale celá ďalšia galaxia. Namiesto vesmíru tvoreného jednou galaxiou sme zrazu mali vesmír obsahujúci šialene veľa galaxií.

Hubble však objavil ešte čosi zásadnejšie. Predstavme si, že stojíme pri ceste a zrazu začujeme auto. Aj so zaviazanými očami vieme povedať, či ide k nám alebo od nás – znie to inak. Zvuk je vlna, auto je jej zdroj a podľa toho, či sa blíží, alebo vzďaluje, sa zvukové vlny buď stláčajú, alebo rozťahujú. Pri svetle z galaxií to funguje veľmi podobne – svetlo je totiž tiež vlnenie. Ak sa jeho zdroj blíži k nám, vlny sa skracujú, ak sa vzďaluje, tak sa predlžujú. Modré svetlo má kratšiu vlnovú dĺžku ako červené – preto sa nám približujúce sa galaxie zdajú byť trochu modrejšie a vzďalujúcejšie sa zas trochu červenšie. A Hubble pri pozorovaní okolitých galaxií zistil, že sú takmer všetky sfarbené do červena – teda, že sa od nás vzďaľujú – a čím sú ďalej, tým rýchlejšie.

Ak neveríme, že sme stredom vesmíru a všetko sa od nás vzďaľuje, vysvetlenie je jediné – vesmír sa rozpína a všetko sa vzďaluje od všetkého. Červený posun svetla teda nespôsobuje reálny pohyb galaxií od nás, ale to, že sa svetelná vlna naťahuje spolu s vesmírom. Čím je jeho zdroj ďalej, tým dlhšie musí svetlo cestovať, viacej sa natiahne a dorazí k nám červenšie. Na základe červeného posunu teda vieme spočítať, ako ďaleko sa jeho zdroj nachádza.

Edwin Hubble nikdy nedostal Nobelovu cenu – v tom čase sa astronómia ešte nepovažovala za riadnu súčasť fyziky. V roku 2011 ju však získali výskumníci, ktorí priamo nadviazali na jeho prácu. Dva tímy nezávisle od seba prišli k fascinujúcemu objavu – vesmír sa nielen rozpína (to už sme vedeli), ale jeho rozpínanie sa zrýchľuje. Už vieme, že vesmír bol pred 13.8 miliardami rokov scvrknutý takmer do bodu, z ktorého sa začal explozívne rozpínať. Kde sú jeho hranice dnes?

Je celkom možné, že priestor ako taký hranice nemá. Kým však neobjavíme fyziku, ktorá umožňuje nadsvetelné rýchlosti, nemusí nás to vôbec zaujímať. Sme totiž uväznení v hraniciach tzv. pozorovateľného vesmíru, spoza ktorej sa k nám nikdy nedostane žiaden signál. Vplyvom rozpínania vesmíru sa niektoré jeho časti totiž vzďaľujú tak rýchlo, že ich nikdy nedokáže dosiahnuť ani svetlo, ktoré vyrazilo pred miliardami rokov. Kým sa dostane do polovice cesty, tá sa natiahne viac než dvojnásobne, a tak nikdy nedosiahne svoj cieľ.

Zatiaľ si musíme vystačiť s našim pozorovateľným vesmírom, ktorý má polomer zhruba 46-47 miliárd svetelných rokov. Najvzdialenejšie objekty, ktoré pozorujeme s dnešnými teleskopmi, sú od nás vyše 30 miliárd svetelných rokov – nie ďaleko od hranice, kam vôbec dovidieť môžeme. Svetlo, ktoré vidíme, bolo vyžiarené z (proto)galaxií ešte v dobe, keď mal vesmír iba zopár sto miliónov rokov, letelo k nám miliardy rokov naprieč rozpínajúcim sa vesmírom. Vďaka Hubblovmu teleskopu teda môžeme pozorovať zrod prvých galaxií vo vesmíre.

Hubblov teleskop sa raz zameral na jedno drobné miesto na oblohe a zostrojil extrémne dlhú expozíciu niečoho, čo pri bežnom pohľade vyzerá ako tmavé miesto na oblohe. Výsledok vyráža dych – obrovské množstvo rozmanitých galaxií, z ktorých časť pochádza z úplne raného vesmíru (link na veľké rozlíšenie). Väčšina vesmíru sa od nás vzďaľuje vplyvom rozpínania rýchlejšie ako svetlo a je celkom možné, že pre nás ostane navždy neprístupná. Nevadí – stále nám toho na objavovanie ostáva dosť.

Obrázky : Wikipedia, hubblesite.org