Nová technika ke studiu temné hmoty ve vesmíru

Průkopnická pozorování prostřednictvím obřího radioteleskopu Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT, West Virginia, USA) dala astronomům nový pracovní nástroj k mapování velkorozměrové struktury vesmíru. Nové zařízení slibuje poskytnutí cenných informací o původu záhadné „temné energie“. Z pozorování známe pouze asi 4 % hmoty vesmíru (tu tvoří viditelná látka, která se projevuje zářením). Na tzv. temnou nebo-li skrytou hmotu (nepozorovatelnou, podléhající pouze gravitaci) připadá asi 23 %, zbývajících 73 % tvoří zatím neznámá temná energie.

Termín temná energie je označení, které používají vědci pro sílu, jež způsobuje zrychlující se rozpínání vesmíru. Zatímco existence tohoto jevu byla zjištěna již v roce 1998, jeho příčina je stále neznámá. Fyzikové vypracovali několik konkurenčních teorií k vysvětlení tohoto jevu a předpokládají, že nejlepší cestou k jejich prověření je velmi přesné měření velkorozměrové struktury známého vesmíru.

Zvukové vlny v prvotní „polévce“ v období rané fáze vývoje mladého vesmíru pravděpodobně zanechaly zjistitelné „otisky“ v rozložení galaxií ve velkorozměrové struktuře vesmíru. Astronomové přišli s novým přístupem, jak tyto stopy pozorovat v rádiové emisi plynného vodíku. Jejich postup orientovaný na mapování intenzity rádiového záření, pokud je aplikován na větší oblast vesmíru, může odhalit, jak se tato velkorozměrová struktura vesmíru změnila za posledních několik miliard let, což jim umožní zjistit, která z navrhovaných teorií nejvíce odpovídá skutečnosti.

Jejich metoda spočívá ve studiu rádiových vln, vyzařovaných atomy vodíku – nejrozšířenějšího prvku ve vesmíru. Ten je hlavním „palivem“ termojaderných reakcí v nitrech hvězd, nachází se v podobě plynných oblaků uvnitř galaxií a existuje rovněž rozptýlený v mezihvězdném a mezigalaktickém prostranství.

Čím dále od Země se vodíkový oblak nachází, tím více je jeho záření posunuto směrem k delším vlnovým délkám. Přitom intenzita záření odpovídá množství vodíku, na základě čehož lze určit, jaký objekt se v daném směru nachází: velká či malá galaxie nebo jen velice řídký oblak intergalaktického vodíku.

„V rámci našeho projektu jsme mapovali rozložení plynného vodíku na větších vzdálenostech, než bylo doposud realizováno. Zjistili jsme, že technika, kterou jsme vyvinuli, může být použita k mapování trojrozměrné struktury obrovského objemu vesmíru a ke zjištění, která z konkurenčních teorií je správná,“ říká Tzu-Ching Chang (Academia Sinica, Taiwan a University of Toronto).

K získání informací použili výzkumníci radioteleskop GRB (vybavený anténou o rozměru 110 x 100 m), pomocí něhož studovali část oblohy, která byla dříve detailně zkoumána ve viditelném světle dalekohledem Keck II na Havajských ostrovech. Optický průzkum využil spektroskopii ke zmapování prostorového rozložení několika tisíc galaxií. Pomocí radioteleskopu GBT byl místo toho pozorován plynný vodík v těchto jednotlivých vzdálených galaxiích ke zjištění drobných odchylek za hranicí technických možností současných přístrojů.

„Od počátku 20. století astronomové studovali rozpínání vesmíru na základě pozorování galaxií. Naše nová metoda nám umožňuje vynechat hledání a studium jednotlivých galaxií, můžeme však shromažďovat rádiovou emisi tisíce galaxií najednou, jakož i slabou záři materiálu mezi nimi,“ říká Jeffrey Peterson (Carnegie Mellon University).

Astronomové rovněž vyvinuli novou techniku, která odstraňuje interferenci s umělými zdroji rádiového záření a rádiovou emisi způsobenou nejbližšími astronomickými zdroji, ponechávající pouze extrémně slabé rádiové záření přicházející z velmi vzdálených oblaků plynného vodíku. Výsledkem pozorování byla mapa části „kosmické pavučiny“, která elegantně souhlasí se strukturou, kterou naznačily dřívější výzkumy v optickém oboru. Vědecký tým poprvé navrhnul novou techniku mapování intenzity rádiového záření v roce 2008 a pozorování pomocí radioteleskopu GRB byla první prověrkou této metody.

„Při těchto pozorováních bylo objeveno mnohem více plynného vodíku než při všech dosavadních pátráních po jeho přítomnosti ve vesmíru a ve vzdálenostech 10krát větších, z kterých doposud žádné rádiové záření detekováno nebylo,“ říká Ue-Li Pen (University of Toronto).

„Toto je ukázka důležité techniky, která je velkým příslibem pro budoucí výzkum stavby a vývoje velkorozměrových struktur vesmíru,“ říká Chris Carilli, hlavní vědecký poradce na NRAO (National Radio Astronomy Observatory), který však nebyl členem výzkumného týmu.

Předpokládá se, že pomocí této nové metody se astronomům podaří poměrně rychle určit rozložení 50 % všech velkých objektů ve vesmíru (v současné době to je asi 0,1 %).

Zdroj: http://www.nrao.edu/pr/2010/highzhi/ a http://www.rian.ru/science/20100722/257227517.html

autor: František Martinek