Axina

Šestnáctá epizoda druhé série amerického dokumentárního televizního seriálu Tajemný vesmír se zabývá největšími objekty v pozorovatelné části vesmíru. Tento článek je pokračováním článku z 3.6.2017.

Axina

5. Největší galaxie a rádiové laloky

V pozorovatelném vesmíru je nejméně 100 miliard galaxií. Jejich průměry sahají od deseti tisíc k milionům světelných let. Galaxie jsou příkladem, jak se hmota ve vesmíru dokáže sama uspořádat. V soutěži o největší galaxii ve vesmíru je obtížné určit vítěze. Problém je, jak rozhodnout, kde vlastně galaxie končí, neboť nemají ostré hranice. Prostě jsou stále řidší a řidší. Je to jako kdybyste měli říct, kde přesně končí megapolis. Kde vlastně končí Los Angeles? Můžete ujet třeba 80 km od centra a stále se budete pohybovat po hustě zalidněném předměstí. U velkých galaxií dosahují jejich "předměstí" velmi daleko. Naše Galaxie má s okrajovými částmi průměr přes 200 000 světelných let. V případě gigantických galaxií se jejich okrajové části táhnou stovky tisíc světelných let daleko.

Pokud jde o velikosti, rozlišujeme tři typy galaxií:

První skupinu představují trpasličí galaxie. Svými rozměry se blíží spíš hvězdokupám. Jde o útvary o velikosti několik tisíc světelných let. Obsahují několik miliard hvězd. 

Druhou skupinu představují spirální galaxie. Jsou nejběžnějšími typy galaxií. Patří k nim 60 až 75 % všech galaxií, mimo jiné i Mléčná dráha. Dosahují rozměrů desítek až stovek tisíc světelných let a obsahují desítky až stovky miliard hvězd. 

Třetí skupinu tvoří obří eliptické galaxie. Jedná se o staré vesmírné objekty, které patří k těm nejhmotnějším. Vědci předpokládají, že eliptické galaxie vznikají v důsledku mnoha srážek menších galaxií v kupě galaxií. Dosahují rozměrů až miliónů světelných let. Obsahují až bilióny hvězd.

Do skupiny eliptických galaxií patří největší známá galaxie. Nachází se v souhvězdí Panny (na české wikipedii je mylně uvedeno souhvězdí Hada) a nese označení IC 1101. Odhaduje se, že má průměr 6 milionů světelných let a hmotnost 100 biliónů Sluncí (tj. 2 000 krát větší než hmotnost Mléčné dráhy). Nachází se ve vzdálenosti 1 miliardy světelných let. Objevil ji již v roce 1790 anglický astronom německého původu Sir William Herschel.

Největší galaxie mohou měřit napříč miliony světelných let. Existují však větší objekty. Říká se jim rádiové laloky. Táhnou se z obou stran galaxie. Tyto obrovské struktury chrlí toky nabitých částic, které vysílají rádiové vlny. Sahají mnohem dál, než vidíme zrakem. Typické laloky mohou sahat do vzdálenosti 160 000 světelných let, neboť se roztahují z obou stran galaxie.  Snímek obřích rádiových laloků Fornax A obklopujících obří eliptickou galaxii NGC 1316 zde.

Astronomové se domnívají, že rádiovým lalokům dodávají energii superobří černé díry, nacházející se v kvasarech. Ty tvoří středy nejaktivnějších galaxií. Jsou tvořeny tokem elektronů o vysoké energii, které se pohybují téměř rychlostí světla. Rádiové laloky jsou závislé na hmotě, která vstupuje do černé díry. Část z ní je urychlována a dostává se do těchto laloků. Velikost laloků tak souvisí s množství hmoty, které černá díra v minulosti pozřela, a proto se jejich velikost časem mění.

V současnosti nezpochybnitelný vítěz v kategorii objektů "rádiové laloky" se nachází v radiové galaxii 3C 236, která leží v souhvězdí Malého lva. Toky jeho částic se šíří prostorem do vzdálenosti 40 000 000 světelných let. Vědci zatím nevědí, proč tyto toky částic vytvářejí jen některé galaxie. Jedna věc je ale jistá. Rádiové laloky nejsou věčné. Jejich život trvá možná jen několik milionů let. Až černá díra pozře všechnu hmotu ve své blízkosti, nebude už nic, co by umožňovalo zvětšování disku, který vystřeluje částice podél magnetických siločar a tok částic ustane.

6. Největší Lyman-alpha bloby

V roce 2000 astronomové objevili gigantická oblaka plynu o rozměrech až stovek tisíc světelných let, která se nacházejí ve velkých kosmických vzdálenostech. Objekty jsou označované jako Lyman-alpha bloby, zkráceně LAB. Název těchto objektů je odvozen od charakteristické vlnové délky ultrafialového záření (spektrální čáry vodíku Lyman-alfa), kterou tyto objekty emitují. Česky bychom jejich název mohli opsat jako "skvrnky pozorované ve světle spektrální čáry Lyman-alfa". Od objevu těchto objektů byly záhadou procesy zodpovědné za jejich vznik. Záhadu pomohla objasnit pozorování získaná pomocí radioteleskopu ALMA. Když pozorujeme tento Lyman-alpha blob, detekujeme vlastně plyn, který se rozprostírá mezi prvními hvězdami a galaxiemi. Metody pozorování tohoto plynu využívají světlo velice specifické barvy. Jsou to emise světla, které se nazývá Lyman-alpha. Pouze pokud pořídíme snímek oblohy přes filtr, který propouští jen toto krátkovlnné ultrafialové záření, spatříme na obloze malou skvrnku – blob.

Lyman-alpha blob se podobá rozpínající se mýdlové bublině. Až na to, že mýdlová bublina je naplněna vzduchem, ale Lyman-alpha blob se rozpíná v důsledku vysoké teploty. Do mezihvězdného plynu se dostalo velké množství energie, která jej zahřála. Pokud se do plynu dostane tolik energie, vede to nevyhnutelně k tomu, že zvětší objem a bude se rozpínat jako bublina. V případě Lyman-alpha blobu dochází k nafukování v důsledku vysoké teploty a možná rovněž působení ultrafialového záření nově vzniklých hvězd.

Jeden z největších známých objektů tohoto typu, a také jeden z nejvíce prozkoumaných, nese katalogové označení LAB-1. Byl objeven v roce 2000 jako první objekt svého druhu a nachází se ve vzdálenosti asi 11,5 miliardy světelných let od nás, v souhvězdí Vodnáře. Leží v centru mohutné kupy galaxií v rané fázi vývoje.

LAB-1 má podobu obrovské zelené amébovité struktury. Je 200 milionů světelných let široký.  Má amorfní tvar a v jeho nitru se nachází asi 30 malých samostatných blobů. Celá tato struktura je asi 3 000 krát větší než naše Galaxie.

Vědci odhadují, že největší Lyman-alpha blob vznikl už před 12 miliardami let. To je pouhé 2 miliardy let po Velkém třesku.

Zdá se, že Lyman-alpha bloby jsou předchůdci kup galaxií, jak je známe dnes. Uvnitř těchto gigantických bublin se patrně nacházejí zárodky, z nichž se jednoho dne zrodí nové galaxie. Lyman-alpha bloby jsou pravděpodobně zvláštní a krátkodobě existující fází procesu, směřujícího ke zrození galaxií. Je to zvláštní fáze, k níž dochází jen tehdy, pokud některá galaxie začne nabývat své podoby. Lyman-alpha bloby v sobě ukrývají odpovědi na otázky, které se týkají vytváření prvních galaxií v dávné minulosti vesmíru.

7. Největší nadkupa galaxií

Vesmír je uspořádán hierarchicky. Gravitačně vázané systémy hvězd, mezihvězdné hmoty, kosmického prachu a temné hmoty tvoří galaxie. Z galaxií jsou tvořeny větší soustavy. Místní skupina galaxií je skupina galaxií, ve které se nalézá naše galaxie Mléčná dráha, Velká galaxie v Andromedě a dalších více než 30 galaxií, i trpasličích. Gravitační centrum se nachází někde mezi Mléčnou dráhou a Velkou galaxií v Andromedě. Oblast má činkovitý tvar a průměr přes 10 milionů světelných let. Stovky galaxií obvykle tvoří kupy galaxií neboli clustery. Soustředění statisíců galaxií označujeme jako nadkupy galaxií neboli superclustery.

Současný držitel rekordu, pokud jde o největší nadkupu galaxií, se jmenuje Shapleyův supercluster. Tato oblast hustě vyplněná galaxiemi je dlouhá 400 milionů světelných let. Nejrychlejší meziplanetární kosmické lodi by trvalo biliony let, než by procestovala napříč tuto oblast. Shapleyův supercluster při pohledu ze Země zabírá několik souhvězdí a nachází se takřka 650 milionů světelných let od nás. Shapleyův supercluster je asi 4 000 krát větší než naše Galaxie.

Astronomové vědí o existenci nadkup galaxií (superclusterů) od 50. let 20. století. Až nedávno se jim ale podařilo objasnit jejich původ – pomocí měření „kosmického mikrovlnného pozadí“, tedy záření, které zbylo po Velkém třesku. Dospěli k závěru, že všechny superclustery – včetně Shapleyova superclusteru – vznikly během formování vesmíru před více než 13 miliardami let. Spolu s tím, jak se vesmír vyvíjí a rozpíná, působí gravitace jako přitažlivá síla, takže všechny oblasti, v nichž je o něco větší hustota, k sobě přitahují stále více a více hmoty. Díky tomu narostl Shapleyův supercluster v průběhu času do takové velikosti. Vědci navíc soudí, že Shapleyův supercluster by mohl být ještě větší, než jak vypadá. Možná z něho vidíme jen malý zlomek.

Nadkupy galaxií zůstanou v průběhu času pohromadě, protože je vzájemně váže gravitační síla. Gravitace je drží pohromadě tak silně, že i když se vesmír rozpíná, superclustery galaxií zůstávají pohromadě a stále se navzájem gravitačně ovlivňují. My také žijeme v jednom superclusteru galaxií. Není však ani z poloviny tak velký a má přibližně 10x menší hmotnost než Shapleyův supercluster. Naše galaxie – Mléčná dráha – je částí místní skupiny, která patří do nadkupy, které říkáme podle souhvězdí, v němž jej můžeme pozorovat – místní nadkupa galaxií v Panně. My se nacházíme na její periferii.

Tak jako v celém vesmíru, i Mléčná dráha je součástí větších a větších celků. Superclustery galaxií jsou nejvíce zaplněnými částmi vesmíru. Obklopují je ale stejně rozsáhlé oblasti, kde není téměř nic. Těmto místům se říká „dutiny“. Dutiny jsou opakem clusterů. Všechny galaxie se nacházejí v clusterech, takže dutiny jsou oblasti, kde galaxie nejsou. Struktura kosmické pavučiny se skládá střídavě z clusterů a z dutin, podobně jako když se střídají města a venkov.

8. Největší prázdný prostor

Ve vesmíru se vyskytují tzv. dutiny. Jsou to rozsáhlé oblasti prostoru, ve kterých se téměř nevyskytují galaxie. Připomínají prázdné mýdlové bubliny, jejichž stěnu tvoří vrstva galaxií a kup galaxií.

Historie vzniku vesmírných dutin je v podstatě přesným opakem formování clusterů. Dutiny se musely začít vytvářet hned v první mikrosekundě po Velkém třesku jako místa s nepatrně nižší hustotou. V průběhu času se jejich hustota víc a víc snižovala. Všechna hmota mizela pryč a dutiny byly stále prázdnější až dosáhly dnešního stavu, kdy v nich není téměř nic kromě několika malých trpasličích galaxií.

Největší potvrzená dutina ve vesmíru se nazývá Bootes (Pastýř). Jméno nese podle souhvězdí, v němž se nachází. Tento takřka prázdný prostor má přibližně kulový tvar a měří napříč 250 milionů světelných let. To je 2500 krát více, než je průměr naší Galaxie. Dutina Bootes byla objevena v roce 1981.

Nové objevy ještě větších dutin by mohlo přinést přesné měření teploty kosmického mikrovlnného záření na pozadí. Drobná chladná místa v tomto záření mohou určit polohu velkých vzdálených dutin.

Superclustery a dutiny jsou jen některé z velkých objektů, které nacházíme v ještě větší struktuře nazývané "kosmická pavučina".

9. Největší objekt ve vesmíru: Pavučina z temné hmoty

V naší Sluneční soustavě je Země pátou největší planetou. To, co považujeme za největší ve vesmíru, je milion miliardkrát větší! Čemu tedy náleží titul „největší objekt ve vesmíru“? Většina astronomů souhlasí s tvrzením, že to je „kosmická pavučina“. Jakési nekonečné „lešení“ složené ze superclusterů galaxií, obklopené temnou hmotou. Neviditelnou a zatím neprobádanou formou hmoty, která tvoří 90 % hmotnosti celého vesmíru.

Pokud to tedy vůbec je objekt! Je to pavučina z temné hmoty, která vyplňuje objem vesmíru. Temnou hmotu nemůžeme dokonce ani vidět. Nevydává žádné světlo, ale je rozprostřena po celém vesmíru a vytváří jeho strukturu. Temná hmota je mnohem tajemnější, než si většina lidí myslí. Není to hmota, z jaké se skládáme. Nedá se na ni sáhnout. Projevuje se pouze prostřednictvím gravitace. Kosmická pavučina složená z temné hmoty se stane viditelnou, pokud se podíváme na objekty, které temná hmota ovládá. Tato kosmická pavučina vypadá opravdu jako trojrozměrná pavoučí síť. V jejích uzlech se nacházejí superclustery tisícovek galaxií. Vlákna galaxií se pak spojují napříč celým vesmírem. Nejsilnější gravitace na průsečících těchto struktur je tam, kam je stahován mezihvězdný plyn. Právě v těch místech se vytvářejí galaxie, kupy galaxií.

Původ kosmické pavučiny zůstává nejasný. Vědci se domnívají, že její základy byly vytvořeny již při Velkém třesku, kdy se celý vesmír začal velice rychle rozpínat. Hmota kosmické pavučiny obsahuje veškerou hmotu, která vznikla při explozi během Velkého třesku. Vědci se snaží kosmickou pavučinu, která se rozprostírá po celém vesmíru, zmapovat. Jeden způsob spočívá ve sledování žhavého plynu emitujícího rentgenové záření, na který působí gravitace temné hmoty. Další možností je pozorovat tzv. gravitační čočky, ve kterých je světlo ohýbáno působením gravitace kosmické pavučiny.

I když kosmická pavučina obsahuje v podstatě všechno, co se ve vesmíru nachází, přesto někteří vědci zpochybňují, že by se jednalo o „největší objekt“, protože síť není napříč vesmírem nepřetržitě propojená. Pavučina není přísně vzato největším „gravitací svázaným“ objektem, neboť veškerá hmota v kosmu expandovala do tak obrovského prostoru, že ji gravitační síla neudržela navzájem pohromadě. Kupy galaxií jsou však gravitací svázány tak silně, že se v průběhu času pohromadě udržely. U nadkup galaxií astronomové zatím ještě nemají k dispozici dostatečné množství informací, ale odhadují, že gravitací jsou pohromadě udržovány tisíce skupin obřích superclusterů galaxií, táhnoucí se stovky milionů světelných roků. Nadkupy galaxií se vzájemně pronikají, a proto není snadné je pozorovat.

Výše uvedená epizoda seriálu Tajemný vesmír pochází z roku 2009. Výzkum vesmíru ale pokračoval dál.

V roce 2014 definoval tým astronoma Brenta Tullyho z Havajské univerzity v Honolulu strukturu větší, než je Shapleyův supercluster. Brent Tully vlastně přišel s novou definicí nadkup galaxií. V jeho pojetí se hranice těchto ohromných shluků galaxií podobají rozvodím pozemských řek. Hranicí nadkup galaxií (supergalaxií) se tak rozumí oblast, kde vesmírné řeky plné galaxií tečou k různým centrům gravitační přitažlivosti.

Podle této představy je celá nadkupa galaxií v Panně - jejíž součástí je i Mléčná dráha - jenom výběžkem mnohem větší nadkupy galaxií, která dostala zajímavé jméno Laniakea. Název pochází z havajštiny a znamená "Nezměrná nebesa." Laniakea měří napříč 520 milionů světelných let a obsahuje hmotu odpovídající 100 milionům miliard Sluncí. Zahrnuje přibližně 100 tisíc galaxií, z nichž prakticky všechny plynou k jedné oblasti, která má v této části vesmíru největší gravitační přitažlivost - k Velkému atraktoru, ležícímu ve směru souhvězdí Kentaura a Hydry. Velký atraktor je zatím ne zcela objasněná gravitační anomálie v intergalaktickém prostoru. Není přímo pozorovatelná, ale vědecké odhady jí přisuzují koncentraci hmoty desítek tisíc galaxií velikosti Mléčné dráhy. Podle Brenta Tullyho a jeho týmu je teď Velký atraktor jádrem nadkupy galaxií Laniakea.

10.06.2017, 08:14:24   Publikoval Axinakomentářů: 9