Ohromující objev Webbova teleskopu: Skryté hvězdy na půli cesty vesmírem

Podařilo se vyfotografovat více než 40 hvězd v galaxii vzdálené miliardy světelných let, které umožňují nahlédnout do doby, kdy byl vesmír jen z poloviny tak starý jako dnes. Astronomům využívajícím vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) se podařil monumentální počin v oblasti astronomie, když pozorovali jednotlivé hvězdy v galaxii vzdálené více než 6,5 miliardy světelných let. Tento milník, umožněný gravitační čočkou a citlivostí teleskopu, nejenže zpochybňuje dosavadní pozorovací limity, ale také otevírá nové cesty k pochopení struktury vesmíru a záhad temné hmoty.

Kosmický průlom v astronomii
Pozorování jednotlivých hvězd v polovině pozorovatelného vesmíru bylo dlouho považováno za nemožné – podobně jako pozorování zrnek prachu na Měsíci pomocí dalekohledu. Mezinárodnímu týmu astronomů pod vedením vědců ze Stewardovy observatoře Arizonské univerzity se to však podařilo díky pozoruhodnému kosmickému jevu.

Pomocí vesmírného dalekohledu NASA Jamese Webba tým pozoroval galaxii vzdálenou od Země téměř 6,5 miliardy světelných let z doby, kdy byl vesmír jen o polovinu mladší než dnes. V této vzdálené galaxii identifikovali překvapivý počet jednotlivých hvězd, které se staly viditelnými díky kombinaci gravitační čočky – přirozeného zvětšení způsobeného ohybem světla masivními objekty – a výjimečnému výkonu JWST při sběru světla.

Jejich výsledky, publikované 6. ledna 2025 v časopise Nature Astronomy, stanovily nový rekord: největší počet jednotlivých hvězd, jaký byl kdy ve vzdáleném vesmíru zjištěn. Tento průlom také nabízí novou cestu ke zkoumání jedné z největších záhad vesmíru – temné hmoty.

Odhalení vzdálených hvězd
Většina galaxií, včetně naší Mléčné dráhy, je domovem desítek miliard hvězd. V blízkých galaxiích, jako je Andromeda, mohou astronomové studovat hvězdy jednotlivě. Ale v galaxiích vzdálených miliardy světelných let se hvězdy rozmazávají a jejich světlo putuje celé věky, než k nám dorazí. Toto prolínání představuje pro vědce, kteří se snaží pochopit, jak galaxie vznikají a vyvíjejí se, značnou výzvu.

„Galaxie, které jsou velmi daleko, nám obvykle připadají jako rozptýlená, rozmazaná skvrna,“ řekl hlavní autor studie Yoshinobu Fudamoto, odborný asistent na Chiba University v Japonsku a hostující vědecký pracovník Steward Observatory. „Ve skutečnosti se však tyto skvrny skládají z mnoha a mnoha jednotlivých hvězd. Naše dalekohledy je prostě nedokážou rozlišit.“

Nedávné pokroky v astronomii otevřely nové možnosti díky využití gravitační čočky – přirozeného zvětšovacího efektu způsobeného silnými gravitačními poli hmotných objektů. Jak předpověděl Albert Einstein, gravitační čočky mohou zesílit světlo vzdálených hvězd stonásobně nebo dokonce tisícinásobně, což umožňuje jejich detekci citlivými přístroji, jako je JWST.

Gravitační čočka a dračí oblouk
„Tato zjištění se obvykle omezovala pouze na jednu nebo dvě hvězdy v jedné galaxii,“ řekl Fudamoto. „Abychom mohli studovat hvězdné populace statisticky významným způsobem, potřebujeme mnohem více pozorování jednotlivých hvězd.“

Fengwu Sun, bývalý postgraduální student Univerzity Karlovy, který nyní působí jako postdoktorand v Centru pro astrofyziku Harvard & Smithsonian, narazil na pokladnici takových hvězd, když zkoumal snímky galaxie známé jako Dragon Arc (Dračí oblouk), která se nachází podél přímky viditelnosti ze Země za masivní kupou galaxií Abell 370. Díky efektu gravitační čočky protahuje Abell 370 charakteristickou spirálu Dragon Arc do protáhlého tvaru – jako zrcadlový sál kosmických rozměrů.

V prosinci 2022 a 2023 získal JWST dva snímky Dragon Arc. V rámci těchto snímků astronomové napočítali 44 jednotlivých hvězd, jejichž jasnost se v průběhu času měnila v důsledku změn v oblasti gravitační čočky.

„Tento převratný objev poprvé ukazuje, že studium velkého počtu jednotlivých hvězd ve vzdálené galaxii je možné,“ řekl Sun – pokud je zde příroda, která nám podá pomocnou ruku.

V kupě galaxií Abell 370, která se nachází téměř 4 miliardy světelných let od Země, se nachází několik světelných oblouků, včetně Dragon Arc (vlevo dole uprostřed). Tyto oblouky jsou způsobeny gravitačním čočkováním: Světlo ze vzdálených galaxií daleko za mohutnou kupou galaxií, které přichází k Zemi, je ohýbáno kolem Abell 370 její mohutnou gravitací, což vede ke zkresleným obrazům.

Mikročočkování odhaluje nové poznatky
Ani extrémně silné gravitační zvětšení způsobené kupou galaxií však nestačí ke zvětšení jednotlivých hvězd v ještě vzdálenějších galaxiích. V tomto případě byl objev umožněn díky náhodnému uspořádání „šťastných hvězd“.

„Uvnitř kupy galaxií se vznáší mnoho hvězd, které nejsou vázány na žádnou galaxii,“ řekl spoluautor studie Eiichi Egami, profesor výzkumu na Stewardově observatoři. „Když se stane, že jedna z nich projde před hvězdou v pozadí vzdálené galaxie podél přímky viditelnosti ze Země, působí jako mikročočka, navíc k makroefektům celé kupy galaxií.“

Kombinace efektů makročočkování a mikročočkování dramaticky zvyšuje faktor zvětšení a umožňuje JWST zachytit jednotlivé hvězdy, které by jinak byly příliš daleko a slabé na to, aby je bylo možné vůbec detekovat.

Protože se hvězdy uvnitř zvětšovací kupy pohybují vzhledem k cílovým hvězdám ve vzdálené galaxii a k Zemi, vyrovnání mikročoček v tomto přirozeném „dalekohledu“ se během krátkých časových úseků – od několika dnů po týden – mírně mění. Když jsou dokonale vyrovnány, jasnost a zvětšení vzdálených hvězd se dramaticky zvýší, aby krátce poté opět zeslábly.

„Při vícenásobném pozorování téže galaxie můžeme spatřit hvězdy ve vzdálených galaxiích, protože se zdá, že se objevují a mizí,“ řekl Fudamoto. „Je to důsledek různého efektivního zvětšení způsobeného makro- a mikročočkováním, jak se hvězdy pohybují v zorném poli a mimo něj.“

Výzkumný tým pečlivě analyzoval barvy jednotlivých hvězd uvnitř Dragon Arc a zjistil, že mnohé z nich jsou červenými veleobry, podobně jako Betelgeuze v souhvězdí Orion, která je v závěrečné fázi svého života. To kontrastuje s dřívějšími objevy, které identifikovaly převážně modré „veleobry“ podobné Rigelu a Denebu, které patří k nejjasnějším hvězdám noční oblohy. Podle vědců tento rozdíl ve hvězdných typech rovněž poukazuje na jedinečnou sílu pozorování JWST v infračervené oblasti vlnových délek, která by mohla odhalit hvězdy s nižší teplotou.

Očekává se, že budoucí pozorování JWST zachytí více zvětšených hvězd v galaxii Dragon Arc. Tyto snahy by mohly vést k podrobnému studiu stovek hvězd ve vzdálených galaxiích. Pozorování jednotlivých hvězd by navíc mohla poskytnout vhled do struktury gravitačních čoček a dokonce vrhnout světlo na nepolapitelnou povahu temné hmoty.

Zdroj: https://scitechdaily.com/hidden-stars-halfway-across-the-universe-the-webb-telescopes-stunning-discovery/

autor: František Martinek