Nečekané ozvěny velkého třesku. Jak se pozorují Vlasy Bereniky
Zformulovat teorii, která stojí na solidním matematickém základu ještě neznamená její správnost. Úspěšnou se teorie může stát, až když se jí podaří potvrdit pomocí napozorovaných dat. Teorie takzvaného Sunyaevova-Zel’dovičova kinematického jevu čekala na svoje potvrzení čtyřicet let.
Pánové Sunyaev a Zel’dovič vyslovili v 70. letech minulého století teorii, která stavěla na vlastnostech tehdy čerstvě objeveného kosmického mikrovlnného pozadí, známého také jako reliktní záření, které je přímým následkem počátku vesmíru – velkého třesku.
Reliktní záření vzniklo asi 300 000 let po velkém třesku. V tu chvíli byl vesmír dokonale neutrální (tomuto stavu říkáme, že vesmír prošel rekombinací, předpona re- je trochu nešťastná, protože žádná jiná kombinace před tím neproběhla). Záření mělo původně poměrně vysokou energii, ale vlivem postupného rozpínání a stárnutí vesmíru se zchladilo na teplotu 2,7 kelvinů (zhruba -270° C), na které jej jsme zchopni detekovat dnes.
Bez nepravidelností by hvězdy nemohly nikdy vzniknout
Pokud se podíváme na mapu reliktního záření, zjistíme, že na ní můžeme detekovat mnoho nepravidelností. Jsou to fluktuace hustoty hmoty v mladém vesmíru. Nebýt jich, nikdy by se nemohly zformovat první hvězdy a posléze galaxie. Sunyaevův-Zel’dovičův efekt má za následek podobné nepravidelnosti, ale na mnohem menších škálách.
Efekt je dvojího druhu, tepelný a tzv. kinematický. Projevy tepelného efektu jsme dneska již schopni poměrně úspěšně odhalit.
Projevem tohoto jevu je rozptyl fotonů reliktního záření na elektronech horkého ionizovaného plynu, který se nachází v srdci kup galaxií. Rozptýlené fotony lehce změní svoji frekvenci a způsobí fluktuace v reliktním záření.
Kinematický efekt se, jak název napovídá, týká pohybujících se zdrojů. Využívá toho, že celé kupy galaxií se pohybují prostorem. Pohybující se kupa galaxií rozptyluje fotony reliktního záření a způsobuje další fluktuace, asi dvacetkrát menší, než ty tepelné.
Efekt si v podstatě můžeme představit jako analogii pohybujícího se zvukového zdroje, třeba houkačky na hasičském autě. Její frekvence bude jiná, když se k nám přibližuje, než když se oddaluje. Podobně se chovají i fotony reliktního záření v kupách galaxií.
Jak se odhaluje nejmenší fluktuace v reliktním záření?
Kinematický efekt je velmi slabá fluktuace, kterou v podstatě nelze změřit pozorováním individuálních kup galaxií. Naštěstí žijeme v době, kdy existují obrovské databáze astronomických pozorování, jako Baryonic Oscilations Spectroscopic Survey (BOSS) při Sloanově digitální prohlídce oblohy (SDSS) nebo Atacama Cosmology Telescope (ACT).
V těchto databázích jsou skryta pozorování tisíců kup galaxií. Autoři studie vybrali na 7 500 jasných galaxií, které se zpravidla nacházejí v srdci kup galaxií. Podle nich odhadli polohy kup galaxií.
Pohyby galaxií nejsou vůbec náhodné
Kinematický efekt závisí pouze na vlastní rychlosti kupy galaxií, nikoliv na rozpínání vesmíru. Pokud by byly rychlosti kup galaxií změřené vůči sobě náhodné, znamenalo by to, že fotony reliktního záření nepozorujeme nijak ovlivněné pohybem kupy galaxií.
V nejnovější studii se ukázalo, že pohyby galaxií rozhodně nejsou náhodné, za což může právě fluktuace způsobená kinematickým Sunyaevovým-Zel’dovičovým efektem.
K čemu se takový efekt dá použít?
Pro vzdálené objekty je poměrně problematické určit jejich rychlosti a gravitační působení na své okolí, které by mohlo naznačit rozložení temné hmoty.
Kinetický Sunyaevův-Zel’dovičův efekt má nespornou výhodu v tom, že není závislý na vzdálenosti objektů. Díky němu dokážeme změřit rychlost libovolně vzdáleného objektu. Výsledkem nejnovější studie je rychlost vzdálených kup galaxií blížící se 600 kilometrům za sekundu. Co víc, působení kup galaxií na sebe by mohlo poodhrnout roušku tajemství obestírající temnou energii.
Úvodní foto: Thinkstock
