Vesmír ... se rozpíná. Odkud to víme?
Teorie, kterou nikdo neocenil
Píšeme rok 1930. Na zámořské lodi, mířící z indického Madrasu do Southamptonu, bere Subrahmanyan Chandrasekhar do ruky tužku a začíná pracovat na rovnici, která změní způsob, jakým se budeme o několik desetiletí později dívat na vesmír.
Tehdy devatenáctiletý mladík je to, čemu se říká zázračné dítě. Do školy začíná chodit sice až v deseti letech, přesto na sebe rychle upozorní svou cílevědomostí. "Vezmi si jeden úsek, prostuduj ho tak, abys o něm mohl napsat učebnici, která bude leta považována za nejdůležitější ve tvém oboru, přejdi na jiné téma - a zopakuj to," se stane jeho životním mottem.
Chandrasekhar je na cestě do Anglie, kde se chce zapsat na slavnou Trinity College v Cambridgi. Aby se připravil na své studium fyziky u profesora Fowlera, čte si po cestě nejen jeho práce, ale i spisy, zabývající se teorií relativity. V ruce má i knihu významného a vlivného vědce, profesora Eddingtona o složení hvězd. Během plavby, která trvá jen 18 dní, vypracuje na základě těchto materiálů převratnou teorii. Definuje množství hmoty hvězdy, která je potřeba k tomu, aby ji síly, působící v jádře, přivedly ke kolapsu.
Tento objev - ho málem stál karieru dřív, než začala.
Eddington nebyl přepracováním a poopravením své práce mladým a neznámým přistěhovalcem z Indie vůbec nadšený. "Chandra", jak mu budou později jeho spolupracovníci říkat, se díky své teorii dostává navíc mezi dva mlýnské kameny staršího, urputného sporu Eddingtona s jiným vědcem, Milnem. Objev kritické hranice hmoty explodující hvězdy zůstává zprvu bez veřejné odezvy. Vědci v Cambridgi se teorie vysmívají nebo si ji netroufnou komentovat, aby se neznelíbili mocnému Eddingtonovi - a Chandrovo tamní studium probíhá dramaticky a nevesele. Poté, co je hotový s doktorskou prací a chce ji ukázat svému mentorovi, profesoru Fowlerovi, dostává se mu prý jen kategorického: "Nechci to vidět, definitivně ne! Prostě to jen odevzdejte ..."
Není divu, že Chandra Anglii při první vhodné příležitosti opouští. Jeho novým působištěm se stává v roce 1937 chicagská univerzita, kde se mu dostane zaslouženého ocenění. Zůstane jí věrný až do smrti. V roce 1983 obdrží za své teoretické studie fyzikálních procesů probíhajících ve hvězdách Nobelovu cenu za fyziku. Je to více než padesát let od objevu kritické hmotnosti bílých trpaslíků, což je nezvyklé, Nobelova cena se uděluje spíše za aktuální výzkum.
Bílý trpaslíci a supernovy typu 1a
Bílý trpaslík vzniká na konci aktivního života hvězdy s průměrnou nebo podprůměrnou hmotností. Za svůj název vděčí vysoké teplotě, která ovlivňuje barvu jeho světla a malým rozměrům, srovnatelným s velikostí Země.
Degenerovaný elektronový plynElektrony patří ke skupině částic, které říkáme "fermiony". Na rozdíl od jiné skupiny (bosonů), nemohou dva fermiony zaujmout identický kvantový stav. Při vysokých hustotách látky jsou všechny kvantové stavy elektronů obsazeny až do určité maximální energie, které odpovídá určitá maximální hybnost. Tomuto stavu se říká degenerace. Degenerovaný elektronový plyn vyvíjí sílu, opačnou působení gravitace, která se ho snaží dále stlačovat. Udržuje tak jádro bílého trpaslíka v rovnovážném stavu. |
Klasický bílý trpaslík, poté, co vyčerpal palivo pro jadernou fuzi (spálil vodík a helium), explozivně odhodí vnější vrstvy své atmosféry. Na místě původní hvězdy zpravidla zůstane jen neaktivní jádro skládající se převážně z uhlíku a kyslíku, obalené nepatrnou vrstvou zbylého helia, případně zbytky vodíku.
Nepříliš hmotný bílý trpaslík je udržován ve stabilním stavu tlakem degenerovaného elektronového plynu ve svém jádře.
Ne všichni bílí trpaslíci jsou ale stabilní. Klasickým příkladem je dvojhvězda, kde je jedna z hvězd hmotnější než druhá, a kde pozorujeme jev vzájemného předávání hmoty. Hmotnější část dvojhvězdy spotřebuje palivo pro termonukleární reakci rychleji a tím se i rychleji promění v bílého trpaslíka. Díky gravitaci si následně může "půjčovat" materiál od svého vesmírného dvojčete. Když pak její hmota naroste na úroveň zhruba 1,4 dnešní hmotnosti Slunce, nazývané podle svého objevitele "Chandrasekharova mez", exploduje hvězda ve formě specifické supernovy typu 1a.
Při výbuchu vznikají z uhlíku a kyslíku v jádře hvězdy těžší prvky. Typickým rozlišovacím znakem pro supernovu typu 1a je přítomnost absorpčních čar křemíku a absence čar vodíku a helia v zachyceném spektru záření. V centru exploze na rozdíl od jiných druhů supernov nezůstává masivní zbytek původní hvězdy.
Měření vzdáleností pomocí supernov typu 1a
Supernovy typu 1a jsou jedním z nejjasnějších objektů ve vesmíru. Hodí se proto výborně jako tzv. "standartní svíčka" - pomůcka k měření velkých vzdáleností.
Vzhledem k faktu, že původním tělesem je vždy bílý trpaslík a mechanismus vedoucí k jeho výbuchu je známý, jsou i množství vyzářené energie a spektrální charakteristika vysílaného záření předvídatelné. Skoro 70 procent z nich má identické spektrum i svítivost 15 dní po průchodu maximem. Křivka světelnosti se dá dobře modelovat a vysvětlit proměnou prvků v jádře supernovy (radioaktivním rozpadem izotopu niklu přes kobalt na železo). Budoucí supernova se rychle po několik týdnů zjasňuje, pak nastává krátká exploze a po ní jas postupně po dobu několika měsíců klesá. V ideálním případě zachytí astronomové hvězdu už v úvodní fázi zjasňování před výbuchem a mohou sledovat všechny následné změny během exploze.
Pomocí tzv. Phillipsova vztahu se dají světelné křivky supernov 1a dále normovat. Zpřesňují se tím výsledky pozorování. Phillipsova ovnice spojuje pokles svítivosti v modré části spektra 15 dní po maximu s absolutní svítivostí supernovy.
Srovnání předpokládané absolutní svítivosti a její naměřené zdánlivé hodnoty umožní určit, v jaké vzdálenosti od Země se supernova nachází. Čím slabší se supernova zdá, tím více je od nás vzdálena.
Význam supernov typu 1a pro kosmologii
Rudý posuvje přemístění spektrálních čar ve spektru směrem k jeho rudému konci. Projevuje se samozřejmě v celém spektru elektro-magnetického záření, nejen v jeho viditelné části. Kosmologický rudý posuv je způsoben vznikem nového prostoru mezi objektem a pozorovatelem. Opakem rudého posuvu je posuv modrý, při kterém se spektrální čáry jeví posunuty směrem k ultrafialovému konci spektra. |
Z rudého posuvu zachyceného světla, který prozradí analýza jeho spektra, lze vypočítat, o kolik větší vzdálenost musely fotony urazit cestou k Zemi, zatímco se prostor mezi supernovou a námi za dobu jejich letu zvětšil.
Srovnáním hodnot vzdálenosti, v níž supernova explodovala a té, kterou muselo světlo na své pouti k nám překonat navíc v důsledku rozpínajícího se prostoru, pak získáme hodnotu rozpínání vesmíru.
Ke zjištění, jak se v průběhu času rozpínání prostoru měnilo, tedy jestli se zpomaluje, zůstává stejné nebo se zrychluje, se dá použív srovnání výsledků měření různě vzdálených supernov.
Hned dva na sobě nezávislé týmy, zabývající se průzkumem vzdálených supernov typu 1a, potvrdily v roce 1998 a 1999, že se rozpínání našeho vesmíru zrychluje.
Adam G. Riess et al. 1998: Observational Evidence from Supernovae for an Accelerating Universe and a Cosmological Constant, The Astronomical Journal, Volume 116 Number 3
a
S. Perlmutter et al. 1999: Measurements of ? and ? from 42 High-Redshift Supernovae, The Astrophysical Journal Volume 517 Number 2
Oba týmy popsaly desítky vzdálených supernov, které byly méně jasné, než bychom očekávali vzhledem k jejich vzdálenosti. Kdyby se rozpínání vesmíru zpomalovalo, bylo by to naopak – byly by jasnější.
Za tento objev jim byla v roce 2011 udělena Nobelova cena za fyziku.
Dana Tenzler
Jak pokračuje mise Artemis - návrat na Měsíc
I když od prvního výletu lidské posádky na Měsíc uplynulo už 55 roků, zůstaly podobné projekty obrovskou výzvou. Jak pokračuje mise Artemis? (délka blogu 5 min.)
Dana Tenzler
Jak se vyvíjejí mladé planety?
Jaký osud čeká na mladé planety, které krouží kolem hvězd, podobných Slunci? Vědci objevili v našem vesmírném sousedství hvězdu, která nabízí další střípek do mozaiky našich znalostí. (délka blogu 4 min.)
Dana Tenzler
Co je nového v závodech o Měsíc?
Probíhá nový závod o přistání na Měsíci. Kdo ho tentokrát vyhraje? O přistání se tentokrát pokoušejí jak státní tak soukromé vesmírné společnosti. (délka blogu 4 min.)
Dana Tenzler
Nový rentgenový satelit - tentokrát vypuštěný ISRO
Indická organizace pro kosmický výzkum ISRO přivítala Nový rok startem satelitu XPoSat s 10 dalšími vědeckými projekty. Satelit bude zkoumat rentgenové záření. (délka blogu 4 min.)
Dana Tenzler
Měla kdysi Venuše svůj vlastní měsíc?
O teorii, podle které by mohla mít naše sousední planeta Venuše kdysi průvodce - velký měsíc, který zbrzdil a poté dokonce otočil její rotaci. (délka blogu 5 min.)
Další články autora |
Studentky rozrušila přednáška psycholožky, tři dívky skončily v nemocnici
Na kutnohorské střední škole zasahovali záchranáři kvůli skupině rozrušených studentek. Dívky...
Podvod století za 2,4 miliardy. Ortinskému hrozí osm let a peněžitý trest 25 milionů
Luxusní auta, zlaté cihly, diamanty a drahé nemovitosti. To vše si kupoval osmadvacetiletý Jakub...
Rusové hlásí průlom fronty. Ukrajinská minela jim přihrála klíčové město
Premium Jako „den průlomů“ oslavují ruští vojenští blogeři pondělní události na doněcké frontě, kde se...
Zemřel bývalý místopředseda ODS Miroslav Macek. Bylo mu 79 let
Ve věku 79 let zemřel bývalý místopředseda ODS a federální vlády Miroslav Macek, bylo mu 79 let. O...
To nemyslíte vážně! Soudce ostře zpražil bývalého vrchního žalobce
Emotivní závěr měl úterní jednací den v kauze údajného „podvodu století“, v němž měly přijít tisíce...
Hasiči celou noc zasahovali v pralese Mionší, vodu nosili na zádech
Beskydský prales Mionší v noci zachvátil požár. Hasiči celou noc zasahovali v jeho nejvyšším...
Volby by jasně vyhrálo ANO, mimo Sněmovnu by zůstaly TOP 09 a KDU-ČSL
Sněmovní volby by v dubnu vyhrálo ANO s 32,5 procenta, ODS by měla 13 procent, SPD a Piráti shodně...
Protesty studentů eskalovaly i v Kalifornii, jeden člověk skončil v nemocnici
Na Kalifornské univerzitě v Los Angeles (UCLA) se v noci na středu střetli proizraelští a...
Amsterdam bojuje proti nerovnosti v močení. Vyčlení miliony na veřejné záchodky
Radnice v Amsterodamu po několikaletém nátlaku ze strany žen vyčlenila čtyři miliony eur (přes 100...
Prodej pozemek Bydlení, Dlouhá Lhota
Dlouhá Lhota, okres Mladá Boleslav
3 550 000 Kč
- Počet článků 972
- Celková karma 19,07
- Průměrná čtenost 1325x