Hubblov teleskop odfotil zrod vesmíru

Hubblov teleskop, vesmírny ďalekohľad umiestnený na obežnej dráhe Zeme, poskytol pohľad na najvzdialenejšiu časť vesmíru, akú človek doteraz mohol vnímať.

Obrázok ukazuje jej malú časť, nazvanú Hubble Ultra Deep Field, ktorá obsahuje asi 10 000 galaxií. Astronómom poskytol pohľad do čias, keď po Veľkom tresku vznikal vesmír.
Hubblov teleskop priniesol obrázky z najvzdialenejších kútov známeho vesmíru a priblížil sa k hranici, keď vznikali galaxie v podobe, ako ich poznáme a skúmame dnes. Výrez vesmíru ozdobený tisíckami galaxií predstavuje ukážku kozmu počas jeho histórie trvajúcej miliardy svetelných rokov. Svet obleletel čierny obrázok plný farbených bodiek a škvŕn. Fotografia zobrazuje galaxie najrôznejších tvarov a farieb. Malé červené galaxie patria medzi tie najvzdialenejšie a vznikli v čase, keď mal vesmír asi 800 miliónov rokov. Tie jasnejšie a bližšie vznikali asi pred jednou miliardou rokov, to už bol vesmír starý 13 miliárd rokov. Pre vedcov je to vzrušujúca sonda do najhlbšej histórie vesmíru, keď sa z počiatočného chaosu začali vytvárať prvé organizované štruktúry.
Pohľad do sektora nazvaného Hubble Ultra Deep Field trval celkovo 11,3 dňa. Teleskop musel 400-krát obkrúžiť Zem a na vybrané miesto sa „pozeral“ vždy 21 minút v 800 expozíciách. Kamera tak zachytila fotóny (elementárne častice svetla), ktoré boli vyžiarené v čase, keď Zem ešte neexistovala. Fotóny dopadali na film v množstve jeden za minútu. Pre porovnanie: z blízkych galaxií prichádzajú milióny fotónov za minútu.
Na základe získaných obrázkov a s nimi súvisiacich informácií majú vzniknúť desiatky štúdií, ktoré prispejú k objasneniu zrodu a ďalšieho vývoja galaxií.

Zhluk galaxií v dávnej minulosti

Dávno predtým, než alchymisti stredoveku mohli snívať o premene bežných kovov na zlato, jadrové procesy vytvárali tie najťažšie elementy periodickej sústavy prvkov v "peci" hviezd vo vnútri super masívneho zhluku galaxií, známych pod katalógovým menom RDCS 1252.9-2927. Záber vesmírneho observatória Chandra nie je v pravých farbách . Jednotlivé zhluky galaxií sú vo viditeľnom pásme svetla červené, žlté a zelené. Röntgenové údaje (fialová) odhaľujú horúci plyn bohatý na ťažké elementy vypĺňajúci priestor medzi zhlukmi galaxií. Využitím vesmírneho observatória Chandra a röntgenového vesmírneho teleskopu XMM-Newton, ako aj Hubblovho vesmírneho teleskopu a pozemského systému teleskopov VLT (Very Large Telescope), určili astronómovia, že zhluk galaxií je od nás vzdialený na 9 miliárd svetelných rokov. V okamihu, keď svetlo z týchto galaxií vyrazilo k nám, samotný vesmír bol len 3 miliardy rokov starý. Hmotnosť zhluku galaxií je 2.10¹² (200  000 miliárd) krát väčšia, než hmotnosť Slnka, tj. asi sto krát viac, než hmotnosť celej Mliečnej dráhy (našej domovskej galaxie). Jednoznačne sa jedná o najmasívnejší objekt nájdený v tak rannom štádiu vývoja vesmíru. Pokiaľ sa z tohoto zhluku vytvorila jediná čierna diera, je tak mohutná, že pri voľnom páde by pozorovateľ padal (podľa svojho vlastného času) od horizontu udalosti k samotnej singularite v strede viac ako týždeň (pri takom voľnom páde by stále mohol pozorovať okolitý vesmír a videl by aj jeho zánik).

Hĺbavý pohľad do hlbokého vesmíru

Obrázok vyššie je z 15. januára 1996, keď Hubblov vesmírny teleskop snímal malú oblasť vesmíru, na ktorom sú vidieť objekty vzdialené desať miliárd sveteľných rokov. Vidíme minulosť, ktorá bola pred desiatimi miliardami rokov (vtedy svetlá galaxií na obrázku vyrazili na svoju púť, aby dorazili až k nám).
Uplynulo osem rokov a Hubblov vesmírny teleskop, s citlivejšími kamerami zahľadel znova do hlbokého vesmíru, teraz na dobu rekordných 80 dní hľadel na jediný kúsok. Podľa predpokladov budeme vidieť na nových obrázkoch vesmír starý len 600 tisíc rokov (počítajúc od veľkého tresku). Obrázok vyššie ukazuje len veľmi malý kúsok vesmíru (rádovo priestor, o niečo menší, než zaberá Mesiac za úplnku), napriek tomu je tu obrovské množstvo galaxií.
Hlboký vesmír nám už priniesol mnohé prekvapenia, jedným z posledných bol objav, že vesmír zrýchľuje svoje rozpínanie. Toto zrýchlenie v rozpínaní sa prejavuje až v neskoršom vesmíre, kým vo vesmíre (časovo) blízko k veľkému tresku ešte nie. Veľmi vzdialené supernovy (objavené v hlbokom vesmíre) sú jasnejšie, než by mali byť. Z mnohých možných vysvetlení po mnohých pozorovaniach prežilo len vysvetlenie, že veľmi vzdialené objekty sa od nás síce vzďaľujú, ale nezrýchľujú, kým u objektoch vzdialených približne na 4 až 9 miliárd sveteľných rokov je badateľné zrýchlenie, čo sa prejavuje v menšom jase supernovy.
Nové údaje z hlbokého vesmíru zhotovené Hubblovým vesmírnym teleskopom sú očakávané s veľkým napätím.

Atlas galaxií

Obrázok ukazuje panoramatický pohľad galaxií za hranicami Našej vlastnej galaxie (Mliečnej dráhy). Tento atlas nazývajú astronómovia rozšíreným zdrojom získaným v rámci projektu Two Micron All-Sky Survey. Atlas bol zhotovený z databáze obsahujúcej údaje viac ako 1,6 miliónu galaxií, viac ako polovica galaxií nikdy predtým nebola katalogizovaná. Galaxie boli pozorované na vlnovej dĺžke 2,2 mikrónov (odtiaľ časť názvu projektu). Bola zaznamenaná relatívna jasnosť galaxií na tejto vlnovej dĺžke. Tie najjasnejšie a preto aj najbližšie, sú v atlase vyznačené modrou farbou, kým tie najmenej jasné, a preto najvzdialenejšie, zase červenou. Farby medzi dvomi krajnými farbami dúhy odzrkadľujú teda blízkosť galaxií a dávajú nám možnosť uvidieť trojrozmernú štruktúru okolitého vesmíru v najväčších merítkach. Na obrázku môžete vidieť, že galaxie a kopy galaxií nie sú rozmiestnené úplne náhodne, ale vytvárajú vláknitú štruktúru. Napriek obrovskému počtu galaxií katalogizovaných v rámci projektu 2MASS, jedná sa len o malú časť všetkých galaxií. Ich počet sa pohybuje podľa odhadu na úrovni desiatok miliárd, teda približne na každú hviezdu v našej domovskej galaxii (v Mliečnej ceste) pripadá jedna galaxia. Je to obrovské číslo. Pokiaľ si predstavíte, že by ste si chceli podať ruku s každým človekom na Zemi, ktorý žije súčasne s vami, a na každé podanie ruky by ste venoval jednu sekundu, tak zvládnuť mesto, ako Nitra by vám trvalo len jeden deň. Zvládnuť všetkých obyvateľov Zeme by však trval celý váš život - samozrejme len za predpokladu, že budete žiť tak dlho, ako korytnačka, aspoň 300 rokov. Na každého obyvateľa Zeme pritom pripadá desať hviezd v Mliečnej dráhe a približne aj desať galaxií niekde vo vesmíre. Na obrázku dobre vynikajú kopy a nadkopy galaxií. Tmavý pás na obrázku je miesto, kde Mliečna dráha zakrýva výhľad.

Atlas 1,6 milióna galaxií, z ktorých vyše polovička predtým nikdy nebola katalogizovaná

Vo vesmíre...

Znázornenie oblasti, v ktorej sa zmapovalo rozloženie galaxií. Výrez má svoje vrcholy na Zemi, v slnečnej sústave v jednej z ramien Mliečnej dráhy, ktorá je znázornená.

Objavenie nových svetadielov si vyžiadalo ich zmapovanie. Zaznamenanie pobrežia, toku riek, polohy hôr mali zjednodušiť orientáciu a hrali životne dôležitú v navigácii. Sme ďaleko od toho, aby sme podnikli medzihviezdne, či medzigalaktické lety, ale zmapovanie nášho nie tak blízkeho okolia predsa hrá dôležitú úlohu, keď už nie kvôli niečomu inému, kvôli poznaniu vesmíru a na rozšírenie našej vzdelanosti. Pomocou výkonných ďalekohľadov a fyzikálnych zákonov sme schopní toto zmapovanie vesmíru urobiť bez toho, aby sme opustili našu slnečnú sústavu.
V rámci spoločného projektu Spojeného kráľovstva Veľkej Británie a Austrálie "The 2dF Galaxy Redshift Survey" bolo zmapovaných vyše 220 tisíc galaxií v úzkom výreze, ako to ukazuje obrázok vľavo. Výrez bol vybraný tak, aby Mliečna dráha "nezacláňala" vo výhľade na okolitý vesmír. Výrez predstavuje len veľmi malú časť celkovej južnej oblohy, napriek tomu je v nej mimoriadne veľa galaxií a dá sa predpokladať, že nie je tomu inak ani v ostatnej časti vesmíru. Vzdialenosti galaxií sa určujú využitím Dopplerovského červeného posunu galaxií. V závislosti od rýchlosti, s ktorou sa galaxie vzďaľujú, posúva sa aj ich svetlo smerom k dlhším vlnovým dĺžkam. Chemické prvky pri ionizácii vyžarujú svetlo charakteristickej vlnovej dĺžky, ktoré je možné identifikovať aj z tejto obrovskej vzdialenosti a možno určiť rýchlosť, ktorou sa zdroj (galaxia) vzďaľuje. Z tejto rýchlostí a z toho ako sa rozpína vesmír vieme určiť vzdialenosť danej galaxie.
Obrázok vyššie je mapou galaxií v tomto výreze (každý bod predstavuje jednu galaxiu). Po stranách výrezu je uvedený koeficient červeného posunu a súčasne aj prepočet na vzdialenosť (v miliardách svetelných rokov). Dobre vidieť vláknitú štruktúru, do ktorej sa galaxie organizujú vo vesmíre (galaxie nie sú "rozhádzané" rovnomerne v priestore).
Rastom vzdialenosti klesá aj počet galaxií, čo by mohol viesť k mylnej predstave (nebola by to žiadna výnimka v histórii ľudstva), že keď už nie Zem a slnečná sústava, tak aspoň Mliečna dráha je niekde v strede vesmíru.
Relatívny pokles pozorovaných galaxií je daný jednak tým, že rastom vzdialenosti slabne aj svetlo galaxií. Výkonnejší teleskop dokáže objaviť veľký počet galaxií aj v tmavej časti oblohy.
Druhým dôvodom je to, že galaxie neboli tu od vždy, začali sa formovať v určitom štádiu vesmíru. Čím hladíme do väčšej vzdialenosti o to rannejšie štádium vesmíru vidíme, čo súvisí s tým, že zo vzdialenosti jednej miliardy svetelných rokov trvá svetlu cesta k nám jednu miliardu rokov.
      

Obrázky zľava doprava ukazujú blízke okolie slnečnej sústavy do vzdialenosti 12,5 svetelných rokov, do 250 svetelných rokov a do 10 000 svetelných rokov.

Hviezda, ktorá je najbližšie k našej slnečnej sústave, je Proxima Centauri vo vzdialenosti 4,22 svetelných rokov a je členom systému a-Centauri. Jedná sa o slabo svietiaci červený trpaslík, vo vzdialenosti 0,24 svetelných rokov od hlavnej dvojice hviezd systému. Obieha okolo tejto dvojice a doba obehu trvá niečo okolo milión rokov. Táto hviezda bola objavená v roku 1915 Robertom Innesom a vyznačuje sa aj tým, že občas výrazne zmení svoj v priebehu pár minút. Takáto nestabilita Slnka by vyhladila na Zemi život, ktorý poznáme dnes.
Vo vzdialenosti nasleduje spomínaná dvojica a-Centauri A a B (nazývané tiež Rigel Kentaurus A a B), oranžový a žltý trpaslík, ktoré obiehajú okolo spoločného ťažiska periódou 80 rokov.
Druhý obrázok (v strede) ukazuje 1500 najjasnejších hviezd do vzdialenosti 250 svetelných rokov.
Tretí obrázok (vpravo) ukazuje "náš kútik" v Mliečnej dráhe. Slnko so slnečnou sústavou sa nachádza v Orionovom ramene, ktoré je v porovnaní s ramenom Sagitarius celkom malé rameno. Na obrázku je vyzdvihnutých niekoľko hviezd, ktoré môžeme vidieť aj voľným okom. Dominantné sú hviezdy v súhvezdí Oriónu, z ktorého rameno dostalo svoje meno. Všetky tieto hviezdy sú jasné obry alebo superobry, tisíce krát jasnejšie, než Slnko. Najjasnejšou hviezdou je v súhvezdí Cassiopeia, ktorej jas prevyšuje jas Slnka stotisíc násobne, vďaka veľkej vzdialenosti (4000 svetelných rokov) je však slabunkou hviezdou na našej severnej nočnej oblohe.

Obrázky zľav doprava ukazujú menej blízke okolie slnečnej sústavy, do vzdialenosti 100 tisíc svetelných rokov, milión svetelných rokov desať miliónov svetelných rokov.
Prvý obrázok vyššie je obrázkom celej Mliečnej dráhy, ktorého ramená sú tvorené asi 200 miliardami hviezd. Naše Slnko sa nachádza hlboko v Orionovom ramene približne vo vzdialenosti 26 tisíc svetelných rokov od centra galaxie. Smerom k tomuto stredu sú hviezdy bližšie k sebe, než v okolí našej slnečnej sústavy. Na obrázku možno vidieť aj malú guľovitú hviezdokopu, ktorá patrí k Mliečnej dráhe, ale pohybuje sa mimo rovinu ekliptiky galaxie.
Vo väčšej vzdialenosti od Mliečnej dráhy sa nachádza viac, desiatky trpasličích galaxií (pozri druhý obrázok uprostred), skladajúce sa z desiatok miliónov hviezd. Tieto trpasličie galaxie udržuje vo svojej gravitačnej pasci Mliečna dráha, nútiac ich krúžiť okolo s periódou obehu niekoľko miliárd rokov.
Mliečna Dráha spolu s tromi väčšími galaxiami patrí ku skupine galaxií nazývaných Lokálna skupina, obsahujúcich aj spomínané trpasličie galaxie. Mnohé trpasličie galaxie sú na tak veľké vzdialenosti už špatne pozorovateľné, preto je pravdepodobné, že väčšina z nich zatiaľ čaká na objavenie.        

Obrázky zľava doprava ukazujú vzdialené okolie Mliečnej dráhy do vzdialenosti 200 miliónov svetelných rokov, jednu miliardu svetelných rokov a celý viditeľný vesmír.
Naša galaxia (Mliečna dráha) je len jedna z tisícok galaxií, ktoré sú vo vzdialenosti 100 miliónov svetelných rokov, ako to ukazuje aj prvý obrázok vyššie (vľavo). Galaxie majú tendencie zhlukovať sa a vytvárať kopy galaxií. Najbližšia väčšia kopa galaxií sa nazýva Virgo, ktorá je zhlukom niekoľko sto galaxií a dominuje svojmu okoliu s kopami galaxií. Všetky tieto kopy galaxií vytvárajú ešte väčší útvar, superkopu galaxií, v tomto prípade nazývanú znova Virgo.
Na obrázku uprostred je znázornené to, že galaxie, kopy galaxií i superkopy vypĺňajú vesmír nerovnorodým spôsobom vytvárajúc vláknitú štruktúru, medzi ktorými sa nachádza priestor, ktorý je skoro prázdny. Tým samozrejme myslíme len to, že počet galaxií je podstatne menší, než vo vláknitých štruktúrach. Tento obrázok ukazuje približne sedem percent celého viditeľného vesmíru, ktorý je znázornený na obrázku vpravo. Nakoľko svetlo sa nerušene šíri vo vesmíre síce len približne 12,6 miliardy rokov, do väčšej vzdialenosti než 12,6 miliárd rokov. Pohľad do takejto vzdialenosti je uzavretý pred našimi zrakmi mikrovlným žiarením, ale galaxie nie sú vidieť ani v menšej vzdialenosti - aj galaxie potrebovali čas, než sa vytvorili.
 

Galaxie vo vesmíre

Viditeľná hmota, tmavá hmota a tmavá energia sú jedny z najviac vzrušujúcich výskumných tém astronómie a astrofyziky v posledné roky. S istotou vieme popísať len viditeľnú hmotu. Je to všetko, čo vo vesmíre vidíme: Slnko, planéty, kométy hviezdy, pulzary, galaxie, žiariace plyny, prachové mračná odrážajúce svetlo hviezd, prachové mračná pohlcujúce svetlo hviezd a mohli by sme pokračovať ďalej. V skutočnosti tieto objekty predstavujú len malý podiel z celkovej hmoty aj energie (E=mc²), ktoré sú vo vesmíre prítomné - konkrétne len niečo okolo 4%.
Ten zbytok tvorí tmavá hmota a tmavá energia. Čo sú zač, tak o tom vieme málo. Tmavá hmota má vlastnosti ako normálna hmota, tj. gravitačne priťahuje k sebe všetko, ohýba okolo seba priestoročas, ale nevydáva svetlo. Mohli by to byť čierne diery, dokonca miniatúrne čierne diery vzniklé pri Veľkom tresku, s istotou to však nevieme. Doterajšie výskumy ukazujú, že tmavá hmota predstavuje približne 23% energie vesmíru, teda šesťkrát viac, než je viditeľná hmota.
Čo však je tmavá energia? Tmavá energia predstavuje zbytok celkovej energie (teda niečo okolo 73%), pritom táto forma energie vyvoláva odpudivé gravitačné sily.
Existuje však tmavá energia skutočne? Ak existuje aké má vlastnosti? Použitím obrázkov kopy galaxií z observatória Chandra, vypracovali vedci novú metódu pre štúdium vlastností tmavej energie. Výsledky výskumu nás vedú k zaujímavým vlastnostiam, ktoré sú úzko spojené s osudom celého vesmíru.
Vesmír sa rozpína, to je dobre známy fakt. Dlho sa myslelo, že jeho rozpínanie sa spomaľuje, je spomalené vlastnou gravitáciou objektov vo vesmíre, ktoré sa vzájomne priťahujú. Dobre známym faktom je aj to, že z rôznych vzdialeností sa svetlo k nám dostáva za dobu, ktorú toto svetlo potrebovalo k prekonaniu tejto vzdialenosti. Svetlo pritom nesie informáciu o svojom zdroji v okamihu, keď zdroj opustil, je to ako pošta vo fľaši, ktorá k nám doráža dnes. Čím z väčšej vzdialenosti správa putuje, o to je správa staršia, o to starší stav vesmíru odráža. Inými slovami: pohľad do väčšej vzdialenosti znamená vidieť mladší vesmír, vesmír v rannejšom štádiu.
Všetko, na čo sa pozrieme (máme tu na mysli hlavne väčšie vzdialenosti - v astronomických merítkach), sa od nás vzďaľuje. Čím je niečo ďalej, o to rýchlejšie. Rýchlosť je ale len jedna informácia. Zrýchlenie týchto objektov je informácia nezávislá od rýchlosti. Ako sme spomínali, predpokladalo sa predtým, že každé vzďaľovanie sa musí spomaľovať. Posledné výskumy však ukazujú, že nie je tomu tak.
Pomocou observatória Chandra bolo preskúmaných 26 kôp galaxií v rôznych vzdialenostiach od jedného do osem miliárd svetelných rokov. Tieto vzdialenosti zodpovedajú cestovaniu v čase späť o jeden až osem miliárd rokov. V tomto časovom rozpätí vesmír najprv spomaľoval svoje rozpínanie, než začal zrýchľovať. Toto zrýchlenie je dôsledkom odpudivého gravitačného pôsobenia tmavej energie. Existujú dnes tri od seba nezávislé experimenty, ktoré potvrdzujú existenciu tmavej energie. Jedna je založená na meraní nerovností (fluktuácií) v reliktnom žiarení (WMAP2), ďalšia meria priamo zrýchlenie supernov (Hubblov vesmírny teleskop - HST) a teraz pribudlo tretie meranie pomocou observatória Chandra, kde sa merania vykonávajú na kopách galaxií.
Práve tieto posledné merania poukázali na to, že veľkosť tmavej energie sa v čase nemení rýchlo, dalo by sa povedať, že veľkosť silového pôsobenia tmavej energie je konštantné. Veľkosť gravitačných síl medzi hviezdami klesá kvadrátom vzdialenosti, preto môže byť, že kým vesmír bol malý a gravitačné pôsobenie medzi viditeľnou a tmavou hmotou bolo veľké, odpudivé sily tmavej energie boli premožené. V určitom štádiu však vzdialenosť medzi hmotnými objektmi zväčšil natoľko, že neslabnúce odpudivé sily tmavej energie začali prevládať nad príťažlivými gravitačnými silami, vesmír začal zrýchľovať svoje rozpínanie. To je dnešné štádium.
Konštantnosť odpudivých síl tmavej energie sú v dobrom súhlase s Einsteinovým pôvodným predpokladom o existencii takejto kozmologickej konštanty. Pokiaľ tmavá energia bude pôsobiť nemenne aj naďalej, za miliardy a miliardy rokov sa galaxia vzdialia navzájom do takej miery, že bude vidieť už len ich malú časť.
Osud vesmíru však môže byť ešte dramatickejší, pokiaľ je táto odpudivá sila skutočne konštantná. Môže dôjsť k "rozprášeniu" galaxií na jednotlivé hviezdy, planéty môžu byť odtrhnuté od svojho slnka, nedá sa dokonca vylúčiť ani to, že všetko rozpadne na svoje atómy.
Na čom je založená nová metóda štúdia vlastností tmavej energie? Kopy galaxií sú natoľko veľké, že podľa predpokladu dobre modelujú vesmír ako taký v malom. Použitím tohoto predpokladu sa ukazuje, že vesmír začal zrýchľovať svoje rozpínanie približne pred šiestimi miliardami rokov.
Tento výsledok je vo veľmi dobrom súlade s výsledkami z pozorovania supernov (HST), ktoré ako prvé poukázali na odpudivý charakter síl generovaných tmavou energiou. Treba zdôrazniť, že merania na kopách galaxií sú nezávislé od meraní vykonaných na supernovách. Takéto nezávislé merania sú základným kameňom vedy.
Porovnaním výsledkov z WMAP spresnil odhad množstva v úvode spomenutých foriem hmoty a energie vo vesmíre. Ukazuje sa, že tmavá energia predstavuje 75%, tmavá hmota 21% a viditeľná hmota 4% vesmíru. Spomínali sme, že tmavá energia je konštantná, ale výsledky v rámci presnosti meraní pripúšťajú aj jej rast.
Bez pochopenia pravej podstaty tmavej energie nebudeme schopní predpovedať do akého štádia speje náš vesmír.

Obrázok je kompozíciou snímku vo viditeľnej oblasti (modrá farba) a snímku v röntgenovej oblasti (červená farba) kopy galaxií Abell 2029. Červenou farbou vidíme vyžarovanie intergalaktického plynu zohriateho mohutnou gravitáciou až na 100 miliónov stupňov celzia. V strede je vidieť veľká eliptická galaxia obklopená menšími galaxiami. Toto vyžarovanie je viditeľné len v röntgenovej oblasti svetla. Kopa galaxií sa nachádza vo vzdialenosti približne jednej miliardy svetelných rokov.

Astronómovia objavili prvú neviditeľnú galaxiu

Astronómovia po prvýkrát v histórii objavili neviditeľnú galaxiu, ktorá môže byť prvou z veľkého množstva, ktoré astronómom umožní rozriešiť jedno z najväčších kozmických tajomstiev. Zdá sa, že objekt tvorí najmä "temná hmota," materiál neznámeho pôvodu, ktorý nemôžeme pozorovať. Teoretici už dlhú dobu predpokladali, že vesmír tvorí temná hmota. Jej prítomnosť je nutná kvôli vysvetleniu dodatočnej gravitačnej sily, ktorá je pozorovaná v prípade väzby bežných galaxií spolu a ktorá tiež dohromady viaže veľké kusy galaxií. Teoretici sa tiež domnievajú, že spojovacími článkami pri vývoji prvých hviezd a galaxií boli uzly temnej hmoty. V rannom vesmíre temná hmota kondenzovala podobne ako kvapky vody na pavučine. Bežná hmota (najmä vodíkový plyn) bola gravitačne priťahovaná k týmto uzlom temnej hmoty a v okamžiku dostatočnej hustoty začali vznikať hviezdy ako zárodky galaxií. Z teórie vychádza, že aj dnes vo vesmíre zostali roztrúsené kusy čistej temnej hmoty. V roku 2001 tým pod vedením Neila Trenthama z University of Cambridge tiež predpovedal existenciu celých temných galaxií. Nová galaxia bola detekovaná pomocou rádioteleskopov. Podobné objekty môžu byť veľmi časté alebo veľmi zriedkavé, hovorí Robert Minchin z Cardiff University, UK. "Ak u galaxií budú chýbať hala temnej hmoty, ktorých existencia vychádza zo simulácie formácie galaxií a ktorá nebola objavená na optických prehliadkach, potom tu môže byť viac temných galaxií než galaxií bežných," hovorí Minchin. Minchin so svojimi kolegami hľadal na rádiových vlnách na žiarení vodíku v kope galaxií v Panne (nachádzajúcej sa od nás vo vzdialenosti asi 50 miliónov sv. rokov). Tu bola objavená prvá temná galaxia, ktorá predstavuje hmotu stovky miliónov hmoty Sĺnk. Teraz nesie meno VIRGOHI21. Väčšina materiálu rotuje tak rýchlo, že to nemôžeme vysvetliť pozorovaným množstvom plynu. "Na základe spinovej rotácie sme si uvedomili, že VIRGOHI21 je tisíckrát hmotnejšia než vychádza zo samotných pozorovaných vodíkových atómov," hovorí Minchin. "Ak by bola normálnou galaxiou, bola by jasná a dobre pozorovateľná v bežných amatérskych ďalekohľadoch." Pomer temnej hmoty k bežnej hmote je najmenej 500:1, čo je viac, než by sme očakávali pri bežnej galaxii," hovorí Minchin. "No v prípade takto unikátneho objektu je veľmi obtiažne hovoriť o tom čo môžeme očakávať. Takto vysoký pomer však môže byť nutný k udržaniu plynu od kolapsu po vznik hviezd." Iné potenciálne temné galaxie už boli skôr objavené. No detailné pozorovanie odhalilo hviezdy. V prípade VIRGOHI21 ani intenzívne pozorovania vo viditeľnom svetle žiadne hviezdy neodhalili. Myslíme si, že neviditeľná galaxia nemá hviezdy, pretože jej hustota nie je dostatočne veľká na spustenie pokusu zrodu hviezd, dodávajú astronómovia. Objav bol zistený v r. 2000 pomocou University of Manchester Lovell Telescope a astronómovia od tej doby pracovali na jeho overení. Až 23. februára bol oznámený. "Vesmír nám stále ešte neodhalil všetky svoje tajomstvá, ale teraz sme asi na stope spôsobu, ako sa k nim dostať," hovorí astronóm Jon Davies, Cardiff University, UK. Jedná sa naozaj o vzrušujúci objav." Dodatočné rádiové pozorovania boli robené na Arecibo Obsarvatory, Puerto Rico. Následné optické pozorovania bola uskutočnené na Isaac Newton Telescope, La Palma. K výskumu prispeli astronómovia z Anglicka, Francúzska, Talianska a Austrálie. Projekt teraz pokračuje vyhľadávaním ďalších možných temných galaxií.

Kvazary

S obrázkom je spojená mimoriadne zaujímavý výskum, týkajúci sa samotnej podstaty Univerza.
Čiernobiela fotografia ukazuje kvazar. Kvazary sú veľmi vzdialené a veľmi intenzívne svietiace objekty (prvé boli objavené až v roku 1963). Pravdepodobne sa jedná o obnažené jadrá vznikajúcich galaxií so supermasívnou čiernou dierou v strede. Na fotografii je dobre vidieť slabé závoje na oboch stranách, ktoré tvoria zbytky galaxie pod gravitačným pôsobením kvazaru.
Vzdialenosť kvazarov sa charakterizuje pomocou koeficientu červeného posunu z. Tento koeficient vyjadruje, koľkokrát bol náš rozpínajúci sa vesmír menší v okamihu, keď svetlo z kvazaru sa vydalo na púť k nám. Najvzdialenejšie kvazary majú koeficient červeného posunu z okolo 5. Svetlo, ktoré k nám dorazí zo vzdialených objektov sa posúva smerom k červenej časti spektra Koeficient z+1 vyjadruje koľkonásobne je väčšia vlnová dĺžka nami registrovaného svetla, než malo v okamihu, keď bolo vyžiarené kvazarom. Všetky vlnové dĺžky sa posúvajú smerom k väčším vlnovým dĺžkam pomerom (z+1)

Na hornom obrázku vidieť spektrum svetla kvazaru s červeným posunom 0.1, pod ním spektrum svetla kvazaru s červeným posunom 0.2. Vďaka podobnému chemickému zloženiu oboch kvazarov, v oboch spektrách môžeme identifikovať emisné čiary rovnakých chemických prvkov. Keby sa spektrálne čiary neposúvali s rastúcou vzdialenosťou kvazarov rovnomerne, znamenalo by to nestálosť univerzálnych fyzikálnych konštánt (rýchlosť svetla vo vákuu, elementárny elektrický náboj a pod.). Ich hodnota by sa počas vývoja rozpínajúceho sa vesmíru menila.

Tento dobre badať už na spektre dvoch relatívne blízkych kvazarov (z=0.1 a z=0.2). Grafy ukazujú závislosť intenzity žiarenia kvazaru v závislosti na vlnovej dĺžke (vlnová dĺžka rastie na grafoch smerom doprava). Jednotlivé piky v spektre (zvýraznené zvislými zelenými čiarami) zodpovedajú žiareniu ionizovaných atómov vodíka, hélia a rôznych prvkov, z ktorých sa hviezdy väčšinou skladajú - krátko len emisným čiaram chemických prvkov. Zvislé fialové čiary slúžia na porovnanie tohoto posunu. Porovnaním oboch grafov je vidieť (ale ukazuje sa aj presným meraním), že emisné čiary sa posúvajú všetky v skupine, koeficientom z+1.
To je zatiaľ aj v poriadku. Pred nedávnom však bolo zistené, že v prípade veľmi vzdialených kvazarov sa tieto emisné čiary posúvajú iným spôsobom, čo sa dalo vysvetliť tým, že univerzálne konštanty ako rýchlosť svetla vo vákuu, veľkosť elementárneho náboja a podobne, nie vždy mali tú istú hodnotu, ale menili sa vývojom rozpínajúceho sa vesmíru.
Na prvý pohľad skoro neškodné zistenie by mal mimoriadne závažné dôsledky. Tieto konštanty mimo iné aj určujú charakter chemických väzieb, teda aj funkčnosť živých organizmov. Malá zmena týchto konštánt môže zákony, ktorými sa riadia chemické reakcie všetkých typov, teda aj organických zlúčenín zmeniť do takej miery, že život v podobe, ktorú poznáme, by nemohol existovať. Nemohol existovať v rannom štádiu vesmíru a nebude môcť existovať v neskorom štádiu vesmíru. Jedná sa samozrejme o časové rozpätie rádovo desiatok miliárd rokov. V každom prípade to pripomína mýty a rozprávky, kde starí bohovia odchádzajú a noví prichádzajú.
Merania boli zopakované a zameralo sa na porovnávanie takých spektrálnych čiar, ktoré sa dajú identifikovať v spektre kvazaru s väčšou istotou. Výsledkom nových zistení je, že univerzálne konštanty sa buď nemenia, alebo sa zmenili za posledných 10 miliárd rokov tak nepatrne, že sa nedajú zatiaľ preukázať.
Protirečiace výsledky sú novým stimulom pre presnejšie merania v snahe rozhodnúť o premenlivosti alebo nemennosti univerzálnych fyzikálnych konštánt.

Na obrázku vidieť kvazar s okolím (so zbytkom rozvrátenej galaxie)