Mohol by niekedy ďalekohľad vidieť začiatok času?

Ak by bol teleskop Jamesa Webba 10-krát výkonnejší, mohli by sme vidieť začiatok času? Vysvetľuje Adi Foord, odborný asistent astronómie a astrofyziky, University of Maryland, Baltimore County.

Vesmírny teleskop Jamesa Webba alebo skrátene JWST je jedným z najpokročilejších ďalekohľadov, aké boli kedy postavené. Plánovanie JWST sa začalo pred viac ako 25 rokmi a stavebné úsilie trvalo viac ako desať rokov. Do vesmíru bol vypustený 25. decembra 2021 a za mesiac dorazil do svojho konečného cieľa: 930 000 míľ od Zeme. Jeho umiestnenie v priestore mu umožňuje relatívne nerušený pohľad na vesmír.

Dizajn teleskopu bol globálnym úsilím vedeným NASA a jeho cieľom bolo posunúť hranice astronomického pozorovania pomocou revolučného inžinierstva. Jeho zrkadlo je masívne – má priemer asi 21 stôp (6,5 metra). To je takmer trojnásobok veľkosti Hubbleovho vesmírneho teleskopu, ktorý vyštartoval v roku 1990 a funguje dodnes.

Je to zrkadlo ďalekohľadu, ktoré mu umožňuje zbierať svetlo. JWST je taký veľký, že dokáže „vidieť“ aj tie najslabšie a najvzdialenejšie galaxie a hviezdy vo vesmíre. Jeho najmodernejšie prístroje dokážu odhaliť informácie o zložení, teplote a pohybe týchto vzdialených kozmických objektov.

Ako astrofyzik sa neustále pozerám späť v čase, aby som videl, ako vyzerali hviezdy, galaxie a supermasívne čierne diery, keď ich svetlo začalo svoju cestu k Zemi, a tieto informácie používam na lepšie pochopenie ich rastu a vývoja. Pre mňa a pre tisíce vesmírnych vedcov je vesmírny teleskop Jamesa Webba oknom do neznámeho vesmíru.

Ako ďaleko späť môže JWST nahliadnuť do vesmíru a do minulosti? Asi 13,5 miliardy rokov.

Cestovanie v čase

Teleskop neukazuje hviezdy, galaxie a exoplanéty tak, ako sú práve teraz. Namiesto toho astronómovia zachytávajú pohľad na to, ako boli v minulosti. Svetlu trvá nejaký čas, kým prejde vesmírom a dosiahne naše teleskopy. V podstate to znamená, že pohľad do vesmíru je tiež výletom späť v čase.

To platí aj pre objekty, ktoré sú nám celkom blízke. Svetlo, ktoré vidíte zo Slnka, ho opustilo asi o 8 minút, 20 sekúnd skôr. Tak dlho trvá, kým slnečné svetlo doletí na Zem.

Môžete si to ľahko spočítať. Všetko svetlo – či už slnečné svetlo, baterka alebo žiarovka vo vašom dome – sa šíri rýchlosťou 186 000 míľ (takmer 300 000 kilometrov) za sekundu. To je niečo vyše 11 miliónov míľ (asi 18 miliónov kilometrov) za minútu. Slnko je od Zeme vzdialené asi 93 miliónov míľ (150 miliónov kilometrov). Vychádza to na približne 8 minút, 20 sekúnd.

Ale čím je niečo ďalej, tým dlhšie trvá, kým k nám jeho svetlo dorazí. To je dôvod, prečo svetlo, ktoré vidíme z Proximy Centauri, najbližšej hviezdy k nám okrem nášho Slnka, má 4 roky; to znamená, že je od Zeme vzdialená asi 25 biliónov míľ (približne 40 biliónov kilometrov), takže svetlu trvá niečo viac ako štyri roky, kým sa k nám dostane. Alebo, ako radi hovoria vedci, štyri svetelné roky.

Najnovšie JWST pozoroval Earendel, jednu z najvzdialenejších hviezd, aké boli kedy zistené. Svetlo, ktoré JWST vidí z Earendelu, je staré asi 12,9 miliardy rokov.

Vesmírny teleskop Jamesa Webba sa pozerá oveľa ďalej v čase, ako to bolo možné predtým s inými teleskopmi, ako je napríklad Hubbleov vesmírny teleskop. Napríklad, hoci Hubble vidí objekty 60 000-krát slabšie ako ľudské oko, JWST dokáže vidieť objekty takmer deväťkrát slabšie ako Hubbleov teleskop.

Veľký tresk

Ale je možné vidieť späť na začiatok času?

Veľký tresk je termín používaný na definovanie začiatku nášho vesmíru, ako ho poznáme. Vedci sa domnievajú, že sa to stalo asi pred 13,8 miliardami rokov. Je to najrozšírenejšia teória medzi fyzikmi na vysvetlenie histórie nášho vesmíru.

Názov je však trochu zavádzajúci, pretože naznačuje, že nejaký druh výbuchu, ako napríklad ohňostroj, vytvoril vesmír. Veľký tresk bližšie predstavuje vzhľad rýchlo sa rozpínajúceho priestoru všade vo vesmíre.

Prostredie bezprostredne po Veľkom tresku bolo podobné kozmickej hmle, ktorá zahalila vesmír, čo svetlu sťažovalo cestu za ním. Nakoniec začali rásť galaxie, hviezdy a planéty.

Preto sa táto éra vo vesmíre nazýva „kozmický temný vek“. Ako sa vesmír ďalej rozpínal, kozmická hmla začala stúpať a svetlo sa nakoniec mohlo voľne pohybovať vesmírom.

V skutočnosti niekoľko satelitov pozorovalo svetlo, ktoré zanechal Veľký tresk, asi 380 000 rokov po tom, ako k nemu došlo. Tieto teleskopy boli skonštruované na detekciu škvrnitej zvyškovej žiary z Veľkého tresku, ktorej svetlo je možné sledovať v mikrovlnnom pásme.

Avšak ani 380 000 rokov po Veľkom tresku neexistovali žiadne hviezdy a galaxie. Vesmír bol stále veľmi temné miesto. Kozmický temný vek sa skončí až o niekoľko stoviek miliónov rokov neskôr, keď sa začnú formovať prvé hviezdy a galaxie.

Vesmírny teleskop Jamesa Webba nebol navrhnutý na pozorovanie až do obdobia Veľkého tresku, ale na to, aby videl obdobie, keď sa prvé objekty vo vesmíre začali formovať a vyžarovať svetlo.

Pred týmto časovým obdobím je pre vesmírny teleskop Jamesa Webba málo svetla na pozorovanie, vzhľadom na podmienky raného vesmíru a nedostatok galaxií a hviezd.

Pohľad späť do časového obdobia blízkeho Veľkému tresku nie je len záležitosťou väčšieho zrkadla – astronómovia to už urobili pomocou iných satelitov, ktoré pozorujú mikrovlnnú emisiu veľmi krátko po Veľkom tresku.

Vesmírny teleskop Jamesa Webba, ktorý pozoruje vesmír niekoľko stoviek miliónov rokov po Veľkom tresku, teda nie je obmedzením teleskopu. Skôr je to vlastne poslanie ďalekohľadu. Je to odraz toho, kde vo vesmíre očakávame prvé svetlo z hviezd a galaxií.

Štúdiom starovekých galaxií vedci dúfajú, že pochopia jedinečné podmienky raného vesmíru a získajú prehľad o procesoch, ktoré im pomohli prekvitať. To zahŕňa vývoj supermasívnych čiernych dier, životný cyklus hviezd a to, z čoho sa skladajú exoplanéty – svety mimo našej slnečnej sústavy.

Adi Foord, odborný asistent astronómie a astrofyziky, University of Maryland, Baltimore County

Tento článok je znovu publikovaný z Konverzácia pod licenciou Creative Commons. Čítať pôvodný článok.