Icarus - nejvzdálenější hvězda, jakou kdy lidstvo pozorovalo

Nejvzdálenější hvězdu zachytil vesmírný teleskop Hubble jen díky velké shodě náhod. Hvězda, která žila v době, kdy byl vesmír o dvě třetiny mladší než je dnes. (délka blogu 8 min.) 

I když se při pohledu na nebe může zdát vesmír nekonečný, vidíme z něj ve skutečnosti jen malý výřez. Pouhým okem vidíme na obloze jen hvězdy, které jsou vzdáleny maximálně 6 000 - 7 000 světelných roků. Teleskop, který má “oko” daleko větší, nasbírá také větší množství fotonů (světla) a umožňuje proto také detekovat daleko slabší a tím i vzdálenější objekty. 

Ale ani velikost objektivů teleskopů se nedá zvyšovat do nekonečna - a tak je nejvzdálenější (běžným způsobem pozorovaná) hvězda vzdálená jen zhruba 100 000 000 světelných roků. 

Honbu za extrémy to samozřejmě nezastavilo. 

V roce 2018 publikovali vědci článek o zatím nejvzdálenější pozorované samostatné hvězdě, která byla pozorována během svého aktivního života - tedy nikoliv při své hvězdné smrti, například při výbuchu supernovy, kdy se její zářivost extrémně zvýší a je tedy vidět na větší vzdálenost než běžné hvězdy. 

Jistě tušíte, že k pozorování přispěla nejedna náhoda. 

Modrý obr

Pozorování provedl Hubbleův vesmírný dalekohled. Hvězda, kterou odhalil, patří do rodiny modrých veleobrů. To jsou velice hmotné hvězdy, které mají velice horký povrch. Čím vyšší teplota, tím energetičtější jsou fotony, které vysílá, což vysvětluje jejich barvu. Světlo, které vyzařují podobné hvězdy, vnímáme jako namodralé. 

Povrchovou teplotu nově objevené hvězdy mohou vědci odhadnout z jejího spektra. Činí kolem 11 000 - 14 000 K. Pokud ji srovnáme s naším Sluncem - je tedy teplota jejího povrchu dvojnásobná.

Hvězdy tohoto typu mohou zářit i 100 000x intenzivněji než naše Slunce. Některé z nich se mohou dokonce dostat i do situace, kdy je intenzita jejich záření vyšší, než jejich gravitační schopnost udržet svou vlastní hmotu na povrchu hvězdy. Takové objekty pak doslova “vyzáří” část své hmoty do okolí. 

Ale ani taková extrémní zářivost by k pozorování nestačila. Přidala se další náhoda.  Vědci jí říkají … gravitační čočka. 

Trocha teorie: gravitační čočky

Gravitační čočkou se rozumí vesmírný objekt se silným gravitačním polem. 

Už Einstein předpověděl, že gravitační pole bude ohýbat světelné paprsky, které kolem něj procházejí. 

To se skutečně děje - a gravitační čočka tedy (podobně jako čočka optická) mění/ohýbá dráhu světelných fotonů, které kolem ní prolétají. Díky tomu při správné poloze objektů koncentruje fotony do oka pozorovatele nebo na senzor teleskopu. 

V praxi to znamená, že se při vhodné geometrické konfiguraci náhle zvýší jasnost pozorovaného objektu. 

Následující obrázek ukazuje typické pozorování při tzv. “mikročočkování”, kdy čočkou je jednotlivý velice hmotný objekt (bílý trpaslík, stelární černá díra, apod.). Magnituda (tedy pozorovaná jasnost) je nejprve malá a odpovídá hodnotě kolem 16,5. Vlivem čočky se náhle zvýší na 15,5 (nižší číslo tu odpovídá větší jasnosti objektu), aby po průchodu kolem hmotného objektu zase klesla na původní hodnotu. 

Icarus

Ale ani čočkování by samo o sobě k pozorování tak vzdálené hvězdy nepomohlo. 

Hvězda, která dostala jméno MACS J1149  + 2223 Lensed Star 1 a přezdívku Icarus, je totiž vzdálená neuvěřitelných 9 miliard světelných roků. 

Vědci původně vlastně vůbec nechtěli lovit vzdálené hvězdy. Chtěli pozorovat supernovu v  galaxii, vzdálené 9 miliard světelných roků. 

K jejímu sledování chtěli použít gravitační čočku. Roli čočky měla převzít skupina galaxií, která se nachází ve vzdálenosti pěti miliard světelných roků od naší Země - a nachází se na spojnici mezi Zemí a supernovou. Jejich záměr se podařil. Na snímcích mohli pozorovat výbuch vzdálené supernovy.

Na snímcích z vesmírného teleskopu pak ovšem navíc ještě objevili malý bod, který se objevil a následně zmizel stejným způsobem, jaký se dá pozorovat při efektu tzv. mikročočkování, kdy se světlo koncentruje jediným velice hmotným zdrojem. 

Vědci zjistili, že uvnitř na spojnici obou objektů (Země a vzdálené galaxie) se musí nacházet další osamocený hmotný zdroj, pravděpodobně stelární černá díra s hmotností 3 Sluncí. Zatímco by běžná gravitační čočka zvýšila jasnost 50x, způsobila aktuální konstelace zvýšení na 2000 násobek jasnosti. 

Odkud vědci vědí, že se u Icara jedná o jednotlivou hvězdu, která v době vyslání světla žila svým běžným životem? Je to díky tomu, že pozorovali její spektrum. Spektrum se v průběhu času neměnilo. Hvězda neměnila svou teplotu ani nevybuchovala. 

Dnes už samozřejmě hvězda Icarus dávno zemřela svou přirozenou hvězdnou smrtí. Díky tomu, že je tak daleko, pozorujeme ji ve stavu, v jakém byla před miliardami lety. 

Vyvrácení teorie primordiálních černých děr?

Vedlejším efektem pozorování hvězdy Icarus je mimochodem zajímavá teorie. 

Při vzniku vesmíru mohly teoreticky vznikat také malé černé díry, které by (podle některých vědců) mohly být součástí tzv. temné hmoty, efektu, který není dosud plně vysvětlen. Pokud by ovšem takové malé černé díry existovaly, nebylo by nejspíš možné pozorovat tak vzdálené hvězdy, jako je například Icarus. Její světlo by během letu vesmírem a během cesty, dlouhé devět miliard světelných roků, muselo být takovými primordiálními černými děrami pohlceno. 

Zdroj: Patrick Kelly (University of Minnesota, Minneapolis) et al., Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-018-0430-3