Družice GALEX a podstata temné energie

Pětiletý průzkum souboru 200 000 galaxií, umožňující zpětný pohled v čase do doby před sedmi miliardami roků, vedl k jednomu z nejlepších nezávislých potvrzení faktu, že temná (skrytá) energie je řídícím elementem rozpínání našeho vesmíru zvyšující se rychlostí. K výzkumu byla použita data z kosmické observatoře NASA s názvem GALEX (Galaxy Evolution Explorer) a Anglo-australského dalekohledu v pohoří Siding Spring v Austrálii (Anglo-Australian Telescope on Siding Spring Mountain, Australia).

Na obrázku v titulu článku je v uměleckém pojetí představena temná energie fialovou mřížkou nahoře a gravitace zelenou mřížkou dole. Gravitace má původ ve veškeré hmotě vesmíru, avšak její působení je omezené a rychle klesá se vzdáleností.

Nové výsledky z družice Galaxy Evolution Explorer a Anglo-australského dalekohledu potvrzují, že skrytá energie je rovnoměrná a stálá síla, která převládá nad působením gravitace. Pozorování vycházejí z přesných měření vzdáleností mezi dvěma galaxiemi (na ukázku jsou takové dvojice znázorněny na ilustraci). Výsledkem je doposud nejlepší určení povahy temné energie.

„Vliv temné energie se projevuje tak, jako kdybyste vyhodili míč vzhůru a on by stoupal stále rychleji a rychleji,“ říká Chris Blake (Swinburne University of Technology, Melbourne, Austrálie). Chris Blake je hlavní autor článků popisujících výsledky pozorování v posledním čísle Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Temná energie dominuje našemu vesmíru; představuje 74 % jeho hmoty a energie. Temná hmota jako poněkud méně záhadná substance představuje dalších 22 % vesmíru. Tzv. normální hmota – tj. všechno, co je složeno z atomů, čili z látky, která vytváří živé organizmy, planety a hvězdy – je zastoupena ve vesmíru pouze zbývajícími 4 procenty.

Představa temné energie byla navržena v uplynulém desetiletí na základě studia vzdálených vybuchujících hvězd, tzv. supernov. Supernovy vyzařují v době maxima přibližně stejné množství energie, čímž vytvářejí tzv. „standardní svíčky“, které umožňují vypočítat jejich skutečnou vzdálenost od Země. Pozorování odhalila, že temná energie navzájem odpuzuje objekty ve vesmíru zvyšující se rychlostí.

Temná energie neustále bojuje s gravitací. V mladém vesmíru byla gravitace hlavní silou převažující nad temnou energií. Přibližně 8 miliard roků po Velkém třesku (Big Bangu), tj. po vzniku vesmíru, jak se vesmír postupně rozpínal a jeho hustota se snižovala, gravitační přitažlivost slábla a temná energie získávala hlavní roli. Za dalších několik miliard let od současnosti bude temná energie dokonce ve vesmíru převládat. Astronomové předpovídají, že se náš vesmír stane kosmickou pustinou, s galaxiemi rozptýlenými tak daleko od sebe, že žádná inteligentní bytost žijící ve vesmíru nebude schopna jiné galaxie pozorovat.

Nový průzkum poskytnul dvě odlišné metody pro nezávislou kontrolu výsledků z pozorování supernov. Je to vůbec poprvé, kdy astronomové uskutečnili kontrolu vládnoucí temné energie napříč dlouhým časovým rozpětím. Tým astronomů začal sestavovat kompletní trojrozměrnou mapu rozložení galaxií v hlubinách vesmíru (daleko od Země) odhalených astronomickou družicí Galaxy Evolution Explorer. Tento kosmický dalekohled registrující ultrafialové záření prozkoumal zhruba tři čtvrtiny oblohy, přičemž pozoroval stovky miliónů galaxií.

„Družice Galaxy Evolution Explorer pomohla astronomům identifikovat jasné mladé galaxie, které jsou ideální právě pro tento typ výzkumu,“ říká Christopher Martin, vedoucí vědecký pracovník mise z California Institute of Technology (Caltech) v Pasadeně. „To poskytlo jakousi kostru pro tuto obrovskou 3-D mapu.“

Publikovaný diagram ukazuje dva možné způsoby určení, jakou rychlostí se vesmír rozpíná. Již dříve byly explodující hvězdy (supernovy) použity jako „standardní svíčky“ k měření vzdáleností ve vesmíru a k určení, že se rozpínání ve skutečnosti zrychluje. Protože množství vyzařované energie je u určitého typu supernov stejné, pak na základě změření jasnosti, jakou se supernova na obloze projevuje, mohou astronomové vypočítat, v jaké vzdálenosti od nás se nachází. To se podobá obyčejným svíčkám, které se jeví slabší a slabší se zvětšující se vzdáleností (viz levá strana obrázku).

V rámci druhého průzkumu, využívajícího data z družice Galaxy Evolution Explorer (NASA) a z Anglo-australského dalekohledu v pohoří Siding Spring v Austrálii, bylo k určení vzdáleností galaxií ve vesmíru použito „standardní pravítko“ (viz pravá strana ilustrace). Tato metoda je založena na faktu, že dvě sousední galaxie jsou od sebe v současné době převážně vzdáleny 490 miliónů světelných roků. Tato vzdálenost se jeví menší, když se galaxie nacházejí ve větší vzdálenosti, stejně tak jako pravítko stejné velikosti (viz pravá část obrázku).

Astronomové získali pomocí Anglo-australského dalekohledu detailní informace o záření jednotlivých galaxií a sestrojili jakousi šablonu (mřížku) vzdáleností mezi nimi. Zvukové vlny ve velmi mladém vesmíru zanechaly stopy v seskupení galaxií, což způsobilo, že dvojice galaxií jsou od sebe vzdáleny přibližně 500 miliónů světelných roků.

Toto „standardní pravítko“ bylo použito k určení vzdálenosti dvojic galaxií vzhledem k Zemi – těsnější dvojice galaxií je vůči nám vzdálenější. Jak vyplývá z výzkumu supernov, informace o vzdálenosti se dají kombinovat s informacemi o rychlosti, kterou se dvojice galaxií od nás vzdaluje. Z výzkumu vyplývá, že vesmír se zvětšuje vyšší a vyšší rychlostí.

Výzkumný tým rovněž použil mapu rozložení galaxií k určení, jak se kupy galaxií rozrůstají s časem – podobně jako města – až nakonec obsahují mnoho tisíc galaxií. Kupy galaxií přitahují další galaxie působením vlastní gravitace, avšak skrytá (temná) energie se snaží naopak kupy galaxií roztrhat. To zpomaluje tento proces, což astronomům umožňuje změřit hodnotu odpudivé síly temné energie.

„Astronomická pozorování prováděná v průběhu 15 let umožnila získat jeden z nejvíce překvapujících objevů ve fyzice: rozpínání vesmíru, spuštěné v okamžiku Velkého třesku, se zrychluje,“ říká Jon Morse, vedoucí oddělení astrofyziky (NASA Headquarters, Washington). „Použitím naprosto nezávislých metod pomohla data z družice Galaxy Evolution Explorer potvrdit naše přesvědčení o existenci této záhadné energie.“

Zdroj: http://www.galex.caltech.edu/newsroom/glx2011-01r.html

autor: František Martinek