Rozpínání vesmíru způsobuje, že se vlnová délka vyzářeného světla prodlužuje tím víc, čím déle expandujícím prostorem putuje. Když astronomové zachytí světelný obraz vzdáleného objektu, analýzou spektra - přesněji z posuvu charakteristických emisních nebo absorpčních spektrálních čar - se snaží zjistit, jaký frekvenční pokles se cestou „nabalil“. Tento rozdíl se nazývá červený posuv podle spektra viditelného světla, kde zvětšení vlnové délky mění barvu záření směrem k červenému okraji „duhy“, který vytvářejí fotony kmitající s nejnižší frekvencí, jakou ještě dokáže lidský zrak registrovat. Dalším zvětšováním vlnové délky viditelné světlo přechází do oblasti neviditelného infračerveného („podčerveného“, z latinského „infra“ = „pod“) záření.
Přesnost výpočtů vzdálenosti zdroje – hvězdy, galaxie, kvasaru…, z něhož zachycené záření pochází, pak závisí od přesnosti určení míry rozpínání prostoru, takzvané Hubblovy konstanty, jejích změn v čase a také od správnosti našich představ o geometrii viditelného vesmíru.
Tým amerických astronomů zveřejnil v odborném časopisu The Astrophysical Journal výsledky studie gravitační kosmické čočky, kterou je nečekaně hmotná kupa galaxií, jež do zajímavého světelného oblouku deformuje gravitačně fokusované světlo vzdálenější mladé galaxie. Již abstrakt článku odhaluje překvapení, které objev tohoto systému přinesl. Podle autorů by neměl vůbec existovat. Alespoň ne podle teorie formování kosmických struktur vycházející ze současných pozorování galaxií a ze standardního ΛCDM modelu (lamba pro kosmologickou konstantu charakterizující akcelerující rozpínání vesmíru, CDM – cold dark matter, tedy označení chladné nezářící temné hmoty).
Z červeného posuvu (z = 1,75) vyplývá, že objevená kupa galaxií je vzdálená asi 10 miliard světelných let. Světlo, které nyní zprostředkovává její obraz, putovalo rozpínajícím se prostorem od doby, kdy vesmíru bylo asi tři a tři čtvrtě miliardy let, byl tedy asi ve čtvrtině svého současného věku. To, že se v něm nacházely galaktické kupy, není samo o sobě až tak výjimečné, takových seskupení bylo objeveno více a dokonce ještě z ranějších časů. Nečekaná je však jasnost zesíleného a deformovaného obrazu ještě vzdálenější mladé galaxie. Její světlo svým spektrem prozrazuje, že v době, kdy před asi 11 a půl miliardou let vzniklo, byla velkou porodnicí mladých hvězd. Tento obraz, vytvářející na snímcích Hubblova vesmírného teleskopu pás modravých světlých skvrn uspořádaných do oblouku, svědčí o gravitačních účincích „čočkující“ galaktické kupy, které podle výpočtů odpovídají hmotě 280 bilionkrát větší, než tvoří naše Slunce. Pro srovnání – hmotnost naší místní kupy galaxií v současném 13,75 miliardy let starém vesmíru se odhaduje na necelých 1,3 bilionů Sluncí, což je více než dvěstěkrát méně.
„Když jsem to poprvé spatřil, zůstal jsem zírat přesvědčen, že se ten obraz ztratí,“ přiznává první autor studie a šéf výzkumného týmu Anthony Gonzalez z Katedry astronomie Floridské univerzity. Jeho týmu se galaktickou kupu, jež je v tak dávném vesmíru zatím tou nejhmotnější objevenou, podařilo identifikovat na snímcích Spitzerova vesmírného teleskopu hned v začátcích analýz – po prozkoumání prvních devíti stupňů čtverečních oblohy. Jak malá je to oblast, naznačuje Gonzalesovo vysvětlení: „Když napřáhnete před sebe ruku s ukazováčkem směřujícím nahoru, bude poslední článek tohotu prstu zakrývat přibližně jeden stupeň čtvereční oblohy.“
Do oblouku deformovaný obraz vzdálenější galaxie ale astronomové objevili, až když kupu galaxií zkoumali na snímcích Hubblova teleskopu. Pro ověření svých výpočtů využili také záznam ze soustavy radioteleskopů CARMA a rentgenová pozorování kosmického dalekohledu Chandra.
Zveřejněním výsledků studie zájem o hmotnou galaktickou kupu, jež před 10 miliardami let svou gravitací jako gigantická kosmická čočka výrazně ovlivnila kolem procházející světlo vzdálenější mladé galaxie, nekončí. Pravděpodobně nejen Gonzalesova skupina bude hledat vysvětlení, jak existenci této soustavy v tak mladém vesmíru napasovat do v současnosti nejuznávanějšího kosmologického modelu – ΛCDM modelu.
Odborný článek: IDCS J1426.5+3508: COSMOLOGICAL IMPLICATIONS OF A MASSIVE, STRONG LENSING CLUSTER AT Z = 1.75
Video: Gravitační čočka je jedním z nejhezčích důkazů Einsteinovy představy o deformaci časoprostoru v okolí hmotného tělesa. Ohyb světla v jeho blízkosti je lepší vnímat jako jeho pohyb po přímce v prostoru s lokálně změněnou geometrií.
Kredit: ESA/Hubble (M. Kornmesser & L. L. Christensen)
Zdroj: University of Florida News, The Astrophysical Journal
Diskuze:
