Proč vesmír vypadá takto? To je jedna z otevřených otázek v astrofyzice a fyzice obecně. V průběhu první miliardy let se vesmír vyvinul z neuspořádané polévky vysokoenergetických částic v organizovanější sbírku galaxií a hvězd, přesto nám mnoho detailů tohoto procesu stále uniká.
V nedávné studii mezinárodní tým výzkumníků analyzoval pozorování z vesmírného teleskopu Jamese Webba se zaměřením na trpasličí galaxie z raného vesmíru a zjistil, že tyto galaxie vyzařují světlo s mnohem vyšší intenzitou, než se očekávalo. Tento výzkum představuje průlom v našem chápání prvních zdrojů světla ve vesmíru.
Bezprostředně po velkém třesku prošel vesmír rychlou expanzí a dosáhl extrémně vysokých teplot a energetických hladin: průměrná teplota částic ve vesmíru byla asi 10^30 stupňů Celsia.
Při tak ohromném žáru se subatomární částice nemohly navzájem vázat, a proto postrádaly hmotu, jak ji známe dnes. Asi o jednu sekundu později se vesmír ochladil asi na miliardu stupňů a subatomární částice – stavební kameny hmoty podle Standardního modelu částicové fyziky – byly vytvořeny, spojeny a vytvořeny protony a neutrony.
V době, kdy byl vesmír starý asi dvacet minut, se již ochladil na teploty stovek tisíc stupňů Celsia. Poté se protony a neutrony začaly vázat s ionty vodíku, helia a lithia.
Kvůli vysoké teplotě vesmíru si částice udržely velmi vysokou energii, takže elektrony nebyly schopny se spojit s protony a vytvořit stabilní atomy. V důsledku toho existovala velká část vesmíru v plazmovém stavu, v prostředí elektricky nabitých částic, které se navzájem obíhají. Tato plazma blokovala elektromagnetické záření a bránila světlu, aby se volně šířilo vesmírem.
Během následujících 370 000 let se vesmír dále ochlazoval, dokud jeho teplota nedosáhla asi 4 000 stupňů. V tomto okamžiku se elektrony konečně mohly vázat na plazmu a vytvořily neutrální atomy. Během této fáze se uvolnilo záření kosmického pozadí, které umožňuje nahlédnout do raného vesmíru. Toto záření se k nám mohlo dostat na velké vzdálenosti, protože mu nebránila přítomnost plazmatu.
V tomto okamžiku, kdy byl vesmír starý asi 400 000 let, sestával převážně z neutrálních atomů vodíku a helia rovnoměrně rozmístěných po celém prostoru. Na dnešní noční obloze nebyly žádné hvězdy, galaxie ani jiná složitá nebeská tělesa, která známe. Zejména zde nebyly žádné zdroje světla a vesmír byl pokrytý temnotou.
Až asi o 20 milionů let později, když se vesmír dále dramaticky rozpínal a ochlazoval, vznikly nejstarší zdroje světla ve vesmíru. Astrofyzici, kteří studují historii vesmíru, si stále nejsou jisti povahou a původem těchto světelných zdrojů, kdy byly vytvořeny a jak.
Převládající teorie týkající se nejstarších zdrojů světla ve vesmíru naznačují, že se může jednat o masivní černé díry, masivní galaxie nebo mladé hvězdy. Komplexní teorie vysvětlující vznik hvězd a galaxií v raném vesmíru dosud nebyla formulována a fyzici se stále snaží pochopit, kdy a jak se ve vesmíru objevily první světelné zdroje.
Pomocí vesmírného dalekohledu Jamese Webba, který byl vypuštěn na konci roku 2021, se vědci vydali pozorovat velmi vzdálené galaxie. Protože se světlo šíří konečnou rychlostí, světlu ze vzdálených galaxií trvá dlouho, než se k nám dostane. Vědci zaměřili svá pozorování na světlo vycházející z galaxií přibližně před 13 miliardami let, které nyní dosahuje dalekohledu, což jim umožňuje zahlédnout procesy, které se vyskytovaly v raném vesmíru.
Tyto vzdálené galaxie se nám zdají jako před miliardami let, kdy to byly mladé galaxie, které ve srovnání s jinými vesmírnými tělesy vyzařovaly méně světla. Proto je obtížné pozorovat tak vzdálené galaxie pomocí konvenčních metod.
Aby to vědci obešli, použili nejmodernější techniku: založenou na Einsteinově obecné teorii relativity, která navrhla, že těžké hmoty mohou deformovat prostor a ohýbat dráhu světla procházejícího v jejich blízkosti.
Vědci se zaměřili na galaxie umístěné za masivní kupou galaxií Abell 2744, která díky své velké hmotnosti funguje jako gravitační čočka zvětšující a zaostřující světlo přicházející zpoza ní. To umožnilo výzkumníkům zvýšit množství světla dopadajícího na dalekohled, což umožnilo přesnější pozorování.
Vědci analyzovali světlo pocházející z trpasličích galaxií, což jsou galaxie, které obsahují jen asi miliardu hvězd. Pro srovnání, galaxie Mléčná dráha, ve které žijeme, obsahuje stovky miliard hvězd. Vědci pozorně analyzovali pozorování a zjistili, že tyto trpasličí galaxie vyzařují záření čtyřikrát silnější, než se dříve odhadovalo.
Navíc tyto trpasličí galaxie byly v raném vesmíru běžnější než větší galaxie. V důsledku toho vědci očekávají, že většinu raných zdrojů světla ve vesmíru byly galaxie tohoto typu.
Tato studie je dalším příkladem vědeckého úspěchu dosaženého pomocí vesmírného dalekohledu Jamese Webba. I když jsou výsledky pozoruhodné, výzkumníci zdůrazňují potřebu dalších studií, včetně pozorování širšího vzorku galaxií, aby se posílila platnost jejich závěrů.
„Hudební učenec. Spisovatel. Zlý slanina evangelista. Hrdý twitter narkoman. Myslitel. Milovník internetu. Jemně okouzlující hráč.“
