Jak temný je vesmír: Galaxií je ve skutečnosti méně, než jsme si mysleli
Země představuje modrý drahokam uprostřed temnoty kosmu. Jak tmavý však vesmír ve skutečnosti je? A co z toho vyplývá, pokud jde o množství galaxií, jejichž hvězdy svým zářením zaplavují známý kosmický prostor?
Kolik se ve vesmíru nachází galaxií? Zdánlivě by nemělo být těžké to zjistit: Stačí použít například Hubbleovo hluboké pole, tedy snímek velmi malé oblasti hlubokého kosmu v souhvězdí Velké medvědice (viz Dohlédnout k počátkům). Lze na něm spočítat všechny patrné hvězdné ostrovy a pak odhadnout jejich počet na celé obloze.
Pohled do hlubin
Hubbleovo hluboké pole – Hubble Deep Field, HDF – je tak malé, že zahrnuje pouze několik stálic Mléčné dráhy. Většinu zhruba ze tří tisíc objektů, jež na něm lze rozlišit, představují galaxie. Některé jsou velice mladé a v době pořízení HDF v roce 1995 náležely k nejvzdálenějším, jaké jsme znali. Hubbleovo hluboké pole se díky tomu stalo velice významným zdrojem informací pro výzkum raného vesmíru.
Problém tkví samozřejmě v tom, že i skvělý Hubbleův dalekohled (HST) má své limity a nedohlédne až na kraj pozorovatelného vesmíru. Mnohé galaxie také září příliš slabě, než aby je snímek HDF zachytil. Všechny tudíž spočítat nemůžeme, a to ani na velmi omezeném kousku oblohy. Hvězdné ostrovy ovšem vydávají záři a ta se slévá do podoby přízračného svitu, který prostupuje celým kosmem.
Pokud máme možnost pohlédnout na opravdu tmavé nebe mimo dosah světelného znečištění, pak vesmír vyplňující prostor mezi blyštivými démanty stálic vypadá skutečně temně. Při pohledu za hranicí zemské atmosféry se jeví ještě tmavší, ani tak ovšem není absolutně černý. Osvětluje ho zmiňované záření, vytvářené bezpočtem hvězd v galaxiích rozesetých po celém kosmu. Vědci daný svit označují jako záření optického pozadí vesmíru – Cosmic Optical Backround, COB – protože se týká viditelné oblasti spektra záření.
Uniknout světlu
V pozorování a měření optického pozadí vesmíru nám však Hubble příliš nepomůže, neboť pracuje v těsné blízkosti Země. Ve vnitřní části Sluneční soustavy, tedy i v okolí naší planety, tvoří přitom zásadní problém tzv. zvířetníkové světlo. Tato slabá záře se vyskytuje na noční obloze, především kolem ekliptiky, a je patrná při dobrých pozorovacích podmínkách. Vzniká v důsledku rozptylu slunečního svitu kosmickým prachem, který utváří velký oblak kolem ekliptiky. Jde o pěknou podívanou, ale pro měření COB to znamená značné světelné znečištění, jež znehodnocuje pozorování.
Z toho plyne, že je mnohem smysluplnější sledovat temnotu vesmíru a svit galaxií ve vnější části naší soustavy, až za oběžnými dráhami terestrických planet: Zkrátka je nutné uniknout zvířetníkovému světlu. Americký astronom Marc Postman ze Space Telescope Science Institute v americkém Baltimoru a jeho spolupracovníci proto důmyslným způsobem využili pozorování meziplanetární mise New Horizons. V roce 2006 NASA zmíněnou sondu vyslala, aby prolétla kolem trpasličí planety Pluto a pokračovala do Kuiperova pásu, kde také dosud operuje.
Na daleké cestě
Průlet kolem Pluta absolvovala sonda 14. července 2015, poté putovala Kuiperovým pásem. Již předtím vytipoval Hubbleův teleskop tři možné cíle dalšího průzkumu, z nichž operátoři vybrali objekt tehdy označovaný 2014 MU69 či Ultima Thule, dnes známý jako Arrokoth.
Už cestou k němu pozoroval automat zdálky několik dalších členů Kuiperova pásu a získal o nich řadu informací. Kolem cílového tělesa pak prolétl 1. ledna 2019 ve vzdálenosti 3 500 km a pořídil mnoho snímků a měření. V té době dělilo New Horizons od Země asi 45 au (astronomických jednotek), a planetka se tak stala nejvzdálenějším a zároveň nejprimitivnějším objektem naší soustavy, jaký kdy navštívila vesmírná sonda. Právě v oblasti Arrokothu, 6,7 miliardy kilometrů od rodné planety, pořídil průzkumník snímky, jež posloužily k měření optického pozadí kosmického prostoru.
V nejčernější temnotě
Efekt vzdálenosti byl opravdu ohromující: Ukázalo se, že v dané oblasti Sluneční soustavy je vesmír zhruba desetkrát černější v porovnání s nejtmavší oblohou, jakou dokáže zachytit Hubble, který se potýká s vlivem zvířetníkového světla. Z pozorování sondy New Horizons tak mohl Postmanův tým zjistit intenzitu záření kosmického pozadí mnohem přesněji.
Výsledky měření ukázaly, že je sledované záření ve skutečnosti slabší, než většina odborníků čekala – a z toho plyne i menší počet hvězdných ostrovů, jež vesmírný prostor vyplňují. Dosud vědci odhadovali, že by v něm mohly existovat zhruba dva biliony galaxií. Analýza dat ze sondy New Horizons však jejich počet omezuje na stovky miliard.
Dokončení: Jak temný je vesmír (2): Galaxií je ve skutečnosti méně, než jsme si mysleli
Dohlédnout k počátkům
Hubbleovo hluboké pole patří k nejvěhlasnějším snímkům, jaké kdy stejnojmenný teleskop vytvořil. Pozoruhodná fotografie nepatrné části oblohy odhalila tisíce do té doby neznámých galaxií a dalších objektů. Záběr vznikl mezi 18. a 28. prosincem 1995 a změnil naše chápání kosmu. Od té doby přinášejí Hubbleova hluboká pole vědcům jedinečné informace o raném vesmíru.
Hubbleův dalekohled krouží na zemské orbitě a naši planetu oběhne zhruba za 1,5 hodiny. Může tak provádět pozorování pouze na necelé polovině trasy, kdy se nachází nad noční polokoulí. K zachycení slabých objektů musí danou oblast vesmíru sledovat opakovaně během většího počtu oběhů, načež se získaná data „sčítají“ do jedné fotografie, a dosáhne se tak větší citlivosti i rozlišení. Astronomové toho využili také k sondám do vzdálené minulosti kosmu při pořizování tzv. snímků hlubokých polí.
TIP: Astronomové vystopovali „neviditelné“ galaxie z časů úsvitu vesmíru
První detailní pohled HST do hlubin vesmíru zachytil velmi malou oblast v souhvězdí Velké medvědice: Jednalo se o lokalitu s rozměrem 2,5 úhlové minuty, přičemž průměr Měsíce na obloze dosahuje asi 30 úhlových minut. Obraz sestával z 342 záběrů, které pořídila Wide Field and Planetary Camera 2. Celková doba expozice činila 34–42 hodin, v závislosti na použitém filtru. Snímané pole bylo tak malé, že obsáhlo pouze několik hvězd Mléčné dráhy. Většinu asi ze tří tisíc viditelných objektů představovaly galaxie, přičemž některé byly velice mladé a nesmírně vzdálené.
V roce 2004 byl pořízen ještě podrobnější obraz vesmíru, Hubbleovo ultrahluboké pole, uvnitř něj se pak nachází Hubbleovo extrémně hluboké pole.
