Celý vesmír na jediné mapě!

Mapu vesmíru před nedávnem sestavil kolektiv amerických astronomů pod vedením Richarda Gotta z univerzity v Princetonu. Jednoduše vzali pozorování z různých observatoří, počínaje běžně dostupnými katalogy, přes měření sondy Hipparcos až po data rozsáhlé Sloanovy digitální přehlídky oblohy a všechny objekty umístili do jednoho diagramu. Na vodorovnou osu vynášeli tzv. rektascenzi, pomocí níž se určují polohy nebeských objektů, na osu svislou vzdálenost v tzv. parsecích (1 parsek = 3,26 světelného roku). Vzdálenost byla buď přímo změřena pomocí paralaxy (u hvězd) a nebo odvozena z tzv. kosmologického červeného posuvu (u galaxií). Jak známo, čím je galaxie od nás dál, tím se od nás díky rozpínání vesmíru také rychleji vzdaluje. Rychlost tohoto vzdalování můžeme docela lehce změřit a za jistých předpokladů pak odhadnout i vzdálenost samotné galaxie. A aby bylo všechno dostatečně přehledné, je na svislé ose vzdálenost vynášena v tzv. logaritmické škále.

S ohledem na nejdůležitější zdroj informací, tedy Sloanovu digitální prohlídku oblohy, však byla při vykreslování mapy brána v úvahu pouze tělesa v těsné blízkosti nebeského rovníku, s deklinací od -2 do +2 stupňů. Právě v tomto řezu jsou totiž proměřeny vzdálenosti všech viditelných galaxií... Proto také plochá mapa na listu papíru, či monitoru počítače, docela věrohodně reprezentuje podobu vesmírného prostoru podél nebeského rovníku (zvolené konformní zobrazení přitom zaručuje, že se podoba velkých vesmírných struktur při zakreslení do mapy nijak nezmění). Po pravdě řečeno, ale kritérium o minimální vzdálenosti objektu od nebeského rovníku nebylo dodrženo bez výjimky, jinak by se totiž do diagramu nedostaly některé dost podstatné objekty -- planety, blízké jasné hvězdy. U vzdálených galaxií však zůstává v platnosti.

A navíc, výsledná mozaika není pouhou mapou. S ohledem na konečnou rychlost světla je také velmi zajímavou cestou do minulosti. Dokonce lze říci, že pokud se vydáváme do hodně veliké vzdálenosti, až někam k samotnému Velkému třesku, začne se hranice mezi časem a prostorem stírat... Dokonce si nakonec vymění roli!

Nuže tedy, vydejme se na cestu mapou celého vesmíru!

Vesmírná mapa začíná ve spodní části zemským jádrem, nad kterým se rozkládá plášť a ve vzdálenosti 6378 kilometrů i kůra, na níž žijeme my, lidé. Nejvyšší vrchol i nejhlubší místo je přitom pod rozlišovací schopností této mapy, takže veškeré nerovnosti zemského povrchu zanikají v oné tenké čáře.

Nad zemským povrchem najdete atmosféru, do výšky zhruba sedm set kilometrů sahající ionosféru a pak 8420 umělých družic v poloze, jakou měly 12. srpna 2003 ve 4 hodiny a 48 minut světového času. Vyznačeny jsou zcela výjimečně všechny -- ne jenom ty, co se zrovna nacházely podél nebeského rovníku. Nápadné se tak staly družice systému GPS, stejně jako všechny geostacionární satelity visící nad zemským rovníkem. Nechybí ani Mezinárodní kosmická stanice, Hubblův kosmický dalekohled a třeba i nejstarší dosud existující satelit -- Vanguard 1.

Nad těmito umělými tělesy je patrný Měsíc a ve čtyřikrát větší vzdálenosti i observatoř WMAP, která proměřuje reliktní záření, pozůstatek po raném vývoji vesmíru. Sonda se pohybuje na oběžné dráze kolem Slunce, asi jeden a půl milionů kilometrů daleko od Země, v tzv. Lagrangeově bodě L2. Do stejného místa bude zhruba za deset roků umístěn i nástupce Hubblova kosmického dalekohledu.

Pak je tady Mars, který se v srpnu 2003 rekordně přiblížil k Zemi, a za ním následuje Merkur, Slunce, Venuše a samozřejmě i všechny další planety. U Jupiteru je navíc křížkem vyznačena sonda Ulysseus. Drobnými tečkami jsou vykresleny některé planetky -- kamenné planetky mezi Marsem a Jupiterem, houf těles poblíž Jupiteru (tzv. Trójané) a ledové zbytky za Neptunem, tzv. Kuiperův pás. Za největší těleso tohoto systému se přitom všeobecně považuje Pluto, které už většina astronomů mezi planety nepočítá. Samozřejmě, že správně bychom měli vyznačit oběžné dráhy všech těles, jelikož jejich vzdálenost se samozřejmě mění...

Možná vás také zaujme fakt, že planetky z oblasti mezi Marsem a Jupiterem tvoří jakési dva oblaky. Ty vznikly velmi jednoduše a souvisí s kritériem, že v mapě najdete "pouze" ta tělesa, která se 12. srpna 2003 nacházela poblíž rovníku -- autoři skutečně z databáze 218 484 planetek vybrali jen 14 183 případů, které se v danou chvíli ocitly u nebeského rovníku. A protože se většina planetek vyskytuje spíše podél ekliptiky, která rovník protíná na dvou místech, je logické, že se v mapě vytvořila dvě falešná seskupení. Stejný výběr se projevil i v případě Kuiperova pásu, kam se dostalo 771 známých těles, včetně nedávného Quaoaru o průměru zhruba 1250 kilometrů.

Za Kuiperovým pásem leží tři meziplanetární sondy (opět vyznačeny křížky) -- Pioneer 10, Voyager 1 a Voyager 2, které se blíží k tzv. heliopauze, kde se setkává sluneční vítr s mezihvězdným prostředím. V této oblasti začíná i Oortův oblak ledových těles, z něhož pochází většina komet. Ostatně ta nejslavnější vlasatice, tedy Halleyova kometa, je v mozaice také... Momentálně se pohybuje mezi dráhou Uranu a Neptunu. Oortův oblak začíná ve vzdálenosti kolem osmi tisíc astronomických jednotek a končí asi sto tisíc astronomických jednotek daleko, tedy zhruba jeden světelný rok od Slunce. Připomeňme, že astronomická jednotka je rovna průměrné vzdálenosti Země od Slunce, zaokrouhleně 150 milionům kilometrů. Komety, které z této oblasti přilétají, mají periodu oběhu kolem naší mateřské hvězdy v řádu několika stovek tisíc roků... Z Oortova oblaku tedy přilétají tzv. "neperiodické" vlasatice -- jednou zazáří u Slunce a pak se na dlouhou dobu nebo také navždy vrátí zpátky do chladných hlubin vesmírného prostoru. To byl ostatně případ Hyakutake z roku 1996 a nebo Hale-Bopp o rok později. Tedy dvou velmi jasných komet, které ozdobily jarní oblohu konce dvacátého století.

Dál už následují hvězdy. Nejbližší je Proxima, nenápadný červený trpaslík ve vzdálenosti 4,2 světelného roku, který je součástí systému dalších dvou jasnějších stálic -- alfa Centauri. Zatímco Proximu stěží zahlédnete v triedru, alfa Centauri zvaná též Toliman představuje jednu z dominant jižní hvězdné oblohy.

Následují další jasné stálice -- Sírius, Vega a Arcturus... modrými a červenými tečkami je zakresleno 3386 hvězd pozorovaných sondou Hipparcos -- všechny se nachází podél nebeského rovníku (deklinace od -2 do +2 stupňů). Tato evropská sonda, která dokázala přesně změřit vzdálenosti až do pěti set světelných roků, totiž analyzovala 118 218 hvězd, do mapy se však dostalo jen 3 386 exemplářů. Stálice, u kterých byly v minulosti objeveny nějaké planety, jsou přitom zakresleny modrým křížkem.

V této oblasti přitom v mapě končí naše znalosti přesných vzdáleností. Všechny ostatní objekty jsou natolik daleko, že zatím nedokážeme změřit jejich paralaxu, takže při určování vzdálenosti musíme vycházet z nejrůznějších, patřičně nejistých předpokladů.

Ve vzdálenosti asi 25 tisíc světelných roků najdete střed Galaxie, ve kterém se nachází obří černá díra o hmotnosti kolem tří milionů Sluncí. Jenom o kousek dál je pak tečkovanou křivkou naznačen okraj našeho hvězdného systému.

Budete-li pokračovat v procházce mapou, narazíme na 52 členů Místní skupiny galaxií. Tedy Velké a Malé Magellanovo mračno z jižní oblohy ve vzdálenosti zhruba dvě stě tisíc světelných roků, nápadnou M 31 z Andromedy -- ve vzdálenosti tří milionů světelných roků, a také M 33 z Trojúhelníku, která leží ještě o pár stovek tisíc světelných roků dál. V mapě jsou zakresleny všechny objekty Místní skupiny galaxií, bez ohledu na jejich polohu vůči nebeskému rovníku.

Za nimi následují některé další kupy, například M 81 a M 82, spirální galaxie M 101, Vírová galaxie M 51, Sombrero M 104 a samozřejmě i nejbližší skutečně veliká kupa galaxií kolem M 87. V jádru této galaxie byste dokonce nalezli zatím největší známou černou díru o hmotnosti kolem tří miliard Sluncí! Vzdálenosti většiny těchto relativně blízkých galaxií byly přitom docela spolehlivě určeny pomocí zvláštního typu proměnných hvězd, tzv. cefeid, na které se dokázal podívat Hubblův kosmický dalekohled.

Tečky za M 81 představují 126 594 galaxií a kvasarů, které byly dosud proměřeny podél nebeského rovníku Sloanovou digitální prohlídkou oblohy. Svislé pruhy, kde tyto objekty chybí, nejsou náhodou -- prochází tudy Mléčná dráha, která nám brání ve výhledu do vzdálenějšího vesmíru. Je přitom na první pohled patrné, že galaxie nejsou v prostoru rozmístěny rovnoměrně, nýbrž vytváří nejrůznější stěny, buňky a řetězy. Některé z nich mají dokonce i svá jména. Tzv. Velký atraktor se sice nachází mimo nebeský rovník, autoři ho však v mapě přesto vyznačili. V tomto případě se přitom jedná o velmi zvláštní objekt -- nejspíš jde o kupu galaxií v souhvězdí Centaura vzdálenou asi 65 megaparseků. Devadesát procent její hmoty však tvoří tzv. skrytá látka, která se projevuje především gravitačními účinky. Proto také přitahuje všechny blízké galaxie, včetně naší. Všechny tyto hvězdné ostrovy se k Velkému atraktoru přibližují rychlostí až šest set kilometrů za sekundu.

Konturami je v mozaice zakreslena i poloha tzv. Velké stěny objevené před několika roky, opět mimo nebeský rovník. Ve vzdálenosti od 215 až 370 megaparseků se však právě při konstrukci této mapy podařilo identifikovat ještě větší vesmírnou strukturu, tzv. Sloanovu velkou zeď -- vlákno několika tisíc galaxií, které se nachází asi jednu miliardu světelných roků daleko, s délkou asi 1,4 miliardy světelných roků (na obloze se tedy podél rovníku táhne v délce asi sedmdesát stupňů).

Ještě dál narazíme na nejjasnější kvasar 3C 273, velmi aktivní jádro mladé galaxie, a také na hranici, kde se zpomaluje (směrem k nám) a naopak zrychluje rozpínání vesmíru (kosmologický červený posuv z = 0,7551). Astronomové totiž před nedávnem zjistili, že se proti všeobecnému očekávání tempo expanze vesmíru nezmenšuje, ale naopak zvětšuje, jakoby jednotlivé objekty na sebe působily odpudivou sílou. Celou situaci si lze představit tak, že je vesmír prostoupen temnou energií se záporným tlakem, která ve shodě s Einsteinovou obecnou teorií relativity působí na okolí odpudivou gravitací! Vzhledem k tomu, že tato síla v průměru překonává přitažlivou gravitační sílu, vzdalují se jednotlivé galaxie od sebe se zrychlením a se zrychlením se rozpíná také celý současný vesmír. Pokud tedy nedojde k nějaké změně, bude vesmír expandovat bez omezení a stále větším tempem..

Druhou linií je pak tzv. nedosažitelná oblast (z = 1,6876) -- tedy ta část vesmíru, do které nemůžeme nikdy doletět rychlostí světla (právě z důvodu zrychlování expanze vesmíru). Je přitom podivuhodné, že i přesto můžeme tyto nedosažitelné objekty studovat. Nikdy se k nim ale nedostane. Tedy pokud nevymyslíme pohon umožňující nadsvětelné rychlosti, což ovšem současná fyzika odkazuje do říše pohádek a sci-fi.

Galaxie v této vzdálenosti a v tomto čase -- světlo z těchto objektů vyrazilo na cestu v době, kdy měl vesmír třeba jen polovinu současného stáří -- už žádné nápadné struktury nevytváří. A to je dobře -- v těchto měřítcích by totiž měl být vesmírný prostor izotropní, bez jakýchkoli anomálií. Vesmír se ale v té vzdálenosti od toho našeho příliš neliší, jen galaxie jsou o poznání mladší, jejich aktivní jádra ještě aktivnější.

Také v této oblasti najdeme řadu zajímavých, exotických objektů: Například je tady gravitační čočka QSO 0957, kterou v podobě několika deformovaných obrazů vytváří bližší, velmi hmotná galaxie. Vyznačen je i zdroj záblesku gama záření GRB 990123, jenž se stal nakrátko nejzářivějším objektem ve vesmíru...

Úplně na vrcholu mapy najdete ty úplně nejvzdálenější kvasary a galaxie, které existovaly v době, kdy byl vesmír až desetkrát mladší než dnes. Nejvzdálenějším dosud známým kvasarem je objekt s kosmologickým červeným posuvem 6,42 objevený v polovině roku 2003 Sloanovou digitální prohlídkou oblohy, nejvzdálenější dosud známou galaxií je LAE J1044-0123 s kosmologickým červeným posuvem 6,68, na níž astronomové narazili díky japonskému dalekohledu Subaru na Havajských ostrovech. Oba tyto systémy tedy existovaly v době, kdy měl vesmír jen patnáct procent současného stáří, tedy něco kolem jeden a půl miliardy roků.

A co je úplně na vrcholu? Čárkovaně je vyznačena hranice, kdy vznikaly první hvězdy, zhruba dvě stě milionů roků po Velkém třesku. To znamená, že žádné vzdálenější galaxie prostě pozorovat nemůžeme, protože v nich hvězdy ještě nezačaly svítit. Jelikož se v této části vesmírné mapy díváme také do minulosti, je zřejmé, že autoři mohli zakreslit i okamžik vzniku reliktní mikrovlnného záření, které se vytvořilo jen 380 tisíc roků po Velkém třesku, tedy v době, kdy se oddělila látka od záření. A nezapomnělo se ani na Velký třesk a dokonce za ním(!) na zónu, kam z principu nikdy nedohlédneme, protože záření odtud nepronikne.

Existují galaxie, hvězdy, planety a možná i inteligentní bytosti za tímto horizontem událostí? Nepochybně ano, bohužel, nikdy se s nimi nespojíme, naše životy se nikdy neprotnou... Bude to jiný svět než ten náš? Stěží. Zřejmě bude tomu našemu hodně podobný, vždyť je to součást našeho vesmíru, který krátce po svém zrodu prošel bouřlivým obdobím během něhož vznikla naprostá většina hmoty, která nás ve viditelné části vesmíru obklopuje. Musíme si prostě vzniknout, že rozměry našeho vesmíru jsou i v tomto logaritmickém měřítku větší, než si umíme představit.

Vesmírná mapa -- kromě rozložení nebeských objektů a cestě do minulosti -- v sobě ukrývá ještě jedno výjimečné poselství. Většinu objektů, které jsou v ní vyznačeny, jsme objevili a nebo proměřili teprve v posledních několika desetiletích! Ještě před padesáti roky nebyl na oběžné dráze jediný umělý satelit, neznali jsme Kuiperův pás, žádný pulsar, černou díru, zdroje záblesků gama záření, žádné galaxie seskupené do dlouhých řetězů a samozřejmě ani reliktní mikrovlnné záření. Bez práce řady anonymních pozorovatelů, bez sondy Hipparcos, Hubblova kosmického dalekohledu a automatické observatoře Sloanovy digitální prohlídky oblohy, bez všech těchto geniálních přístrojů by mozaika nebeského rovníku nikdy nevznikla. Nikdo přitom nepochybuje, že se bude mapa v budoucnosti dál zaplňovat dalšími a dalšími podivuhodnými objekty. Objekty stejně podivuhodnými jako je tato mapa.

Zdroj: denik.hvezdarna.cz, A Map of the Universe, J. R. Gott, M. Juric, D. Sclegel, F. Hoyle, M. Vogeley, M. Tegmark, N. Bahcall, J. Brinkmann, preprint, astro-ph/0310571 v1, 20. října 2003. S kosmologickou pasáží pomohl doc. RNDr. Zdeněk Mikulášek, CSc.