Článek
Na počátku devadesátých let si radioastronom Alexander Wolszczan všiml, že mu nesedí čas. Nešlo o hodinky na zápěstí, ale o pulsar – rychle rotující zbytek mrtvé hvězdy, který k Zemi vysílá rádiové pulzy s pravidelností, jakou byste od přírody nečekali. Pulzy tohoto objektu však občas přicházely o nepatrný zlomek sekundy dříve a jindy zase o zlomek později.
Odchylku šlo snadno připsat šumu. Wolszczan ji ale vzal vážně a pátral po tom, co by ji mohlo způsobovat. Odpověď otevřela novou kapitolu astronomie. Kolem mrtvé hvězdy obíhaly planety a jejich gravitace pulsarem nepatrně kývala. Když se od nás pulsar vzdálil, pulz musel urazit delší cestu a dorazil později. Když se přiblížil, dorazil dříve.
Je to příběh, který se v astronomii opakuje častěji. Někdo měří čas mimořádně přesně a z drobné odchylky vyčte něco, co žádný dalekohled přímo nespatří.
Pulsar: maják, který zapomněl zhasnout
Pulsar je neutronová hvězda, tedy jádro zbylé po výbuchu velmi hmotné hvězdy. Hmotností se vyrovná Slunci, vejde se však do koule o velikosti města. Rychle rotuje a z magnetických pólů vyzařuje svazky rádiových vln. Pokaždé, když tento svazek přejede přes Zemi, zachytíme pulz. Podobný princip jako maják, jehož světlo vidíte jen ve chvíli, kdy míří přímo na vás.
Nejrychlejší pulsary se otočí stokrát i vícekrát za sekundu a jejich rytmus je mimořádně stabilní. Pro astronomy tak představují hodiny rozeseté po Galaxii, které nikdo nemusí natahovat.
Případ první: planety u mrtvé hvězdy
NASA připomíná, že Wolszczan ohlásil dvě planety u pulsaru v roce 1992 a třetí potvrdil o dva roky později. Šlo o vůbec první jasně prokázaná tělesa mimo Sluneční soustavu – o tři roky dříve, než byla objevena slavná planeta 51 Pegasi bu hvězdy podobné Slunci.
Samotné planety přitom nikdo přímo nespatřil. Neodrážejí totiž dostatek světla, které bychom dokázali zachytit, a pulsar je sám o sobě slabým zdrojem. Všechno, co o nich víme, vyplývá jen z toho, o kolik se pulzy opozdily nebo předběhly. Mnoho astronomů však pulsarové planety řadí do zvláštní kategorie. Vznikly za neobvyklých okolností a zalévá je intenzivní záření, takže s planetami u běžných hvězd mají pramálo společného.
Případ druhý: záblesk, který dostal adresu
Rychlé rádiové záblesky (FRB, z anglického fast radio bursts) patří k nejnovějším záhadám oblohy. Jde o krátké výboje rádiového záření, z nichž některé trvají jen asi tisícinu sekundy. Dlouho nikdo netušil, odkud přicházejí. Záblesk se objevil, okamžitě zmizel, a než se na místo stihl zaměřit dalekohled, nebylo tam vůbec nic.
Zlom přinesl zdroj FRB 121102, jediný tehdy známý záblesk, který se opakoval. V srpnu 2016 zachytila jeho pulz soustava radioteleskopů VLA v Novém Mexiku. Astronomové ho následně s pomocí evropské sítě EVN a obřího teleskopu Arecibo zaměřili s přesností zhruba deseti tisícin úhlové vteřiny. Dalekohled Gemini North na Havaji pak určil mateřskou galaxii a změřil její vzdálenost.
Výsledek publikovaný v prosinci 2016 v časopise Nature ukázal, že zdroj leží více než tři miliardy světelných let daleko, v malé a málo jasné trpasličí galaxii. Studie Shamiho Chatterjeeho a jeho kolegů rovněž odhalila slabý stálý rádiový zdroj, se kterým záblesky sdílejí polohu. Podle autorů může jít o méně aktivní jádro galaxie nebo o dosud neznámý typ objektu.
Od té doby opakujících se záblesků přibývá. Kanadský radioteleskop CHIME v roce 2019 ohlásil druhý takový zdroj a během zhruba tří letních týdnů roku 2018 zachytil 13 záblesků – mnohé na nižších frekvencích, než se do té doby dařilo.
Případ třetí: Galaxie jako detektor
Nejodvážnější využití pulsarových hodin přišlo v červnu 2023. Vědecké konsorcium NANOGrav patnáct let sledovalo soubor velmi stabilních milisekundových pulsarů roztroušených po Galaxii. Myšlenka byla prostá a zároveň nesmírně smělá: pokud prostorem procházejí velmi dlouhé gravitační vlny, budou nepatrně natahovat a stlačovat vzdálenosti mezi námi a pulsary. Pulzy z různých směrů pak dorazí s drobnými, ale vzájemně provázanými odchylkami.
Observatoř Green Bank při zveřejnění výsledků oznámila, že projekt NANOGrav získal první důkazy nízkofrekvenčních gravitačních vln, které prostupují vesmírem. Proč bylo nutné sledovat tolik pulsarů najednou? Jediný pulsar může kolísat z mnoha důvodů, třeba kvůli vlastním nepravidelnostem nebo mezihvězdnému plynu, kterým jeho signál prochází. Gravitační vlna však ovlivní všechny pulsary současně, a to podle předvídatelného vzorce závislého na jejich vzájemné vzdálenosti na obloze. Teprve když se takový společný otisk objeví v datech desítek pulsarů, lze ho považovat za stopu vlnění časoprostoru, nikoliv za poruchu jednoho přístroje.
Na měření se podílely teleskopy Green Bank, CHIME a VLA, dříve také Arecibo. Podobné sítě pulsarů sledují i vědecké týmy v Austrálii, Evropě a Indii.
Pro srovnání: detektory LIGO a Virgo zachytily v srpnu 2017 splynutí dvou neutronových hvězd a o 1,7 sekundy později dorazil ze stejné oblasti záblesk gama záření. I tam hrálo hlavní roli přesné měření času. Pulsarové sítě však hledají vlny natolik dlouhé, že jejich jediný kmit trvá celé roky.
Hodiny, které nikdo nepostavil
Ve vesmíru se rozsvěcejí a zhasínají miliardy objektů. Některé z nich ale tikají s obdivuhodnou pravidelností. A právě tyto vesmírné hodiny se ukázaly jako jeden z nejcitlivějších nástrojů, jaké má současná astronomie k dispozici.
Stačí jen pozorně naslouchat, zda se náhodou nezpožďují.
P.S.
Až si příště všimnete, že se vám hodinky trochu předbíhají, vzpomeňte si na Wolszczana, kterému taková odchylka přinesla první planety mimo Sluneční soustavu. Pokud vás podobné detektivní příběhy z vesmíru baví, budu rád za podporu. Pomůže mi věnovat čas dalším tématům, kde se o objevu rozhoduje v nepatrných zlomcích sekundy.
