Kozmický ďalekohľad Spitzer meria rozpínanie vesmíru

Kozmický rebrík vzdialeností symbolicky zobrazený na umeleckom obrázku je postupnosťou hviezd a iných objektov v galaxiách, ktoré majú známe vzdialenosti. Ďalší obrázok ilustruje vzťah perióda-svietivosť pre cefeidy, ktorý vedci používajú na výpočet veľkosti, veku a rýchlosti rozpínania vesmíru. Astronómovia, ktorí použili Spitzerov kozmický ďalekohľad patriaci NASA, oznámili doteraz najpresnejšie meranie Hubblovej konštanty. Tá je mierou expanzie vesmíru a je pomenovaná po americkom astronómovi Edwinovi Hubblovi, ktorý prekvapil v 20-tych rokoch 20. storočia svet potvrdením toho, že vesmír sa od svojho vzniku pred 13,7 miliardami rokov rozpína. Koncom 90-tych rokov astronómovia objavili, že rozpínanie vesmíru sa zrýchľuje. Určenie rýchlosti rozpínania je rozhodujúce pre pochopenie veku a veľkosti vesmíru. Hubblov kozmický ďalekohľad (angl. skr. HST) pozoruje vesmír vo viditeľnom svetle, ale Spitzerov ďalekohľad má výhodu v tom, že svoje merania vykonáva v ďalekej infračervenej oblasti. To umožňuje až trojnásobne spresniť výsledky získané pomocou HST a s chybou len 3 percentá predstavuje veľký skok v presnosti kozmologických meraní. Nová spresnená hodnota Hubblovej konštatnty je 74,3 +/- 2,1 km/s/Mpc (Megaparsek, skr. Mpc, je vzdialenosť 3,26 milióna svetelných rokov). „Spitzer už zasa robí vedu aj mimo toho, na čo bol plánovaný," povedal vedecký pracovník projektu Michael Werner z NASA Jet Propulsion Laboratory v Pasadene v Kalifornii. Werner pracuje na misii Spitzer od jej prvotného konceptu pred 30 rokmi. „Spitzer nás prekvapil priekopníckou schopnosťou skúmať atmosféry exoplanét," hovorí Werner, „a teraz v ostatných rokoch svojej misie, sa stal cenným kozmologickým nástrojom." Navyše boli tieto výsledky skombinované s publikovanými dátami z družice NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (skr. WMAP), aby bolo možné získať nezávislé meranie množstva tmavej energie vo vesmíre – jednej z najväčších záhad nášho vesmíru. Tmavá energia sa snaží zvíťaziť v bitke proti gravitácii rozťahujúc pritom vesmír. Výskum založený na tomto zrýchľovaní rozpínania vesmíru priniesol vedcom v roku 2011 Nobelovu cenu za fyziku. „Je to veľká záhada," povedal hlavný autor novej štúdie Wendy Freedman z Observatories of the Carnegie Institution for Science v Pasadene. „Je vzrušujúce, že sme boli so Spitzerom schopní pustiť sa do merania základných problémov kozmológie: presnej rýchlosti rozpínania vesmíru v súčasnosti, ako aj merania množstva tmavej energie v našom vesmíre z iného uhla." Freedman viedol aj prelomovú štúdiu HST, ktorá už skôr merala hodnotu Hubblovej konštanty. Glenn Wahlgren, vedec programu Spitzer z vedenia NASA vo Washingtone vysvetľuje, že infračervené žiarenie preniká cez prach a zabezpečuje lepší výhľad na premenné hviezdy nazývané cefeidy, a tak umožnilo ďalekohľadu Spitzer spresniť merania Hubblovej konštanty. „Tieto pulzujúce hviezdy sú základnými priečkami kozmického rebríka vzdialeností, ako astronómovia nazývajú systém objektov so známymi vzdialenosťami. A keď tieto vzdialenosti skombinujú s rýchlosťami, ktorými sa objekty od nás vzďaľujú, získajú rýchlosť rozpínania vesmíru," dodáva Wahlgren. Cefeidy sú pre tieto výpočty rozhodujúce, pretože ich vzdialenosti od Zeme sa dajú rýchlo zmerať. V roku 1908 Henrietta Leavitt(ová) objavila, že tieto hviezdy pulzujú rýchlosťou, ktorá je vo vzťahu s ich skutočnou svietivosťou. Pre ľahšiu predstavu tohto princípu si predstavte niekoho ako ide od vás a nesie sviečku. Čím je sviečka ďalej, tým sa zdá slabšia. Jej zdanlivá jasnosť nám prezradí vzdialenosť. Rovnaký princíp sa používa v prípade cefeíd – štandardných sviečok nášho vesmíru. Meraním toho, aké jasné sa nám zdajú na oblohe a porovnaním s ich známou jasnosťou, akú by mali v našej blízkosti, vedia astronómovia vypočítať ich vzdialenosť od Zeme. Spitzer pozoroval 10 cefeíd v našej Mliečnej ceste a 80 v blízkej susednej galaxii nazývanej Veľký Magellanov mrak (angl. skr. LMC). Bez účinku kozmického prachu blokujúceho výhľad, výskumný tím projektu Spitzer bol schopný získať presnejšie merania zdanlivej jasnosti hviezd a teda aj ich vzdialeností. Tieto údaje otvorili cestu k novému určeniu rýchlosti rozpínania nášho vesmíru. „Pred desaťročím, nebolo možné použiť slová ´presnosť´ a ´kozmológia´ v jednej vete a veľkosť a vek vesmíru boli známe s polovičnou presnosťou v porovnaní s týmito dnešnými hodnotami," povedal Freedman. „Teraz hovoríme o presnosti niekoľkých percent. To je úplne mimoriadne."

RNDr. Zdeněk Komárek