Článek
Vesmír je nekonečně fascinující místo, plné tajemství, která se snažíme rozluštit. Jedním z největších kosmologických hlavolamů posledních desetiletí nebyla ani tak temná hmota nebo temná energie – ty představují zcela jiné, záhadné složky vesmíru – ale místo toho záhada týkající se té obyčejné hmoty, z níž jsou tvořeny hvězdy, planety, my sami… prostě všechno, co vidíme a čeho se můžeme dotknout.
Kosmologické modely, založené na pozorování nejranějšího vesmíru (jako je záření reliktního záření z Velkého třesku), přesně předpověděly, kolik této baryonové hmoty (tedy hmoty tvořené protony a neutrony, převážně vodíkem a heliem) by se ve vesmíru mělo nacházet. Problém ale byl, že když astronomové sečetli veškerou „viditelnou“ baryonovou hmotu – tedy hvězdy v galaxiích, zářící plyn v mlhovinách a další snadno detekovatelné formy – našli jen asi polovinu předpokládaného množství! Kde se skrývala ta druhá, chybějící polovina obyčejné hmoty? Tento problém byl známý jako „problém chybějících baryonů“.
Vědci dlouho tušili, že chybějící hmota se musí nacházet někde, kde ji naše dalekohledy jednoduše nevidí, protože nezáří jasně. Nejpravděpodobnějším kandidátem se stalo mezigalaktické médium (IGM) – obrovský, prázdný prostor mezi galaxiemi. Předpokládalo se, že tam by se mohla skrývat ve formě velmi řídkého, horkého plynu, který nezáří dostatečně na to, abychom ho snadno detekovali běžnými metodami. Tento hypotetický stav hmoty byl někdy nazýván warm-hot intergalactic medium (WHIM), tedy teplé-horké mezigalaktické médium. Ale jak ho najít a "zvážit"?
Klíč k záhadě: Rychlé rádiové záblesky (FRBs)
Zde vstupuje na scénu relativně nový a záhadný kosmický fenomén: rychlé rádiové záblesky (Fast Radio Bursts - FRBs). Jedná se o extrémně krátké (trvající jen milisekundy), ale neuvěřitelně silné pulzy rádiového záření pocházející z velmi vzdálených galaxií, jejichž přesná příčina je stále předmětem výzkumu (možná extrémní neutronové hvězdy, černé díry nebo jiné exotické jevy). Pro cosmology se však FRBs staly něčím jiným – mocnými sondami vesmíru.
Když rádiové vlny z FRB cestují miliardy světelných let k Zemi, procházejí veškerou hmotou, která se jim postaví do cesty – včetně onoho řídkého plynu v mezigalaktickém médiu. Tento plyn obsahuje volné elektrony. A volné elektrony mají zajímavou vlastnost: zpomalují rádiové vlny, přičemž vlny s nižší frekvencí zpomalují více než ty s vyšší frekvencí. To způsobí, že různé frekvence z jednoho záblesku dorazí k Zemi s malým zpožděním – čím více volných elektronů (a tedy plynu) na cestě záblesk potkal, tím větší je toto zpoždění a tím výraznější je roztažení pulzu v čase. Toto zpoždění se nazývá disperzní míra (Dispersion Measure - DM).
Nalezení chybějícího vodíku pomocí FRBs
Právě této vlastnosti využil tým vědců z University of California, Berkeley, včetně postdoktoranda Liama Connora a profesora Aarona Parsonse. Použili data z teleskopu CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment), který je ideální pro detekci FRBs. Analýzou disperzní míry mnoha rychlých rádiových záblesků, které přišly z různých vzdáleností, dokázali změřit celkové množství volných elektronů (a tím i ionizovaného vodíku) podél trajektorií těchto záblesků.
Výsledky byly přesvědčivé a potvrdily dlouholetou hypotézu: Většina chybějící baryonové hmoty se skutečně nachází v mezigalaktickém médiu, rozprostřená v obrovských, ale řídkých vláknech horkého plynu, které tvoří jakousi kosmickou pavučinu – rozsáhlou strukturu vesmíru propojující galaxie. Množství plynu detekované pomocí FRBs přesně odpovídá té polovině obyčejné hmoty, která nám dosud chyběla v bilanci!
Význam objevu: Vyřešení záhady a nová sonda vesmíru
Toto zjištění je zásadním milníkem v kosmologii:
- Vyřešení problému chybějících baryonů: Konečně víme, kde se nachází většina "obyčejné" hmoty ve vesmíru.
- Potvrzení kosmologických modelů: Objev potvrdil předpovědi modelů o celkovém množství baryonové hmoty ve vesmíru, čímž posílil naše základní chápání složení vesmíru.
- FRBs jako kosmologická sonda: Výzkum demonstroval, že rychlé rádiové záblesky jsou mimořádně mocným novým nástrojem pro studium mezigalaktického média a rozložení hmoty v těch největších měřítkách ve vesmíru, což dosud bylo extrémně obtížné.
Podařilo se nám tak „zvážit“ a lokalizovat hmotu, která nám unikala desetiletí, čímž se vyřešila jedna z hlavních záhad moderní astronomie. Chybějící vodík se neskrýval nikde exoticky, jen byl rozprostřen v obrovském, těžko viditelném prostoru mezi galaxiemi, čekající, až objevíme správnou metodu (v tomto případě FRBs), jak jej odhalit.
Závěr: Inventura obyčejné hmoty ve vesmíru je hotova
Tento elegantní objev, umožněný pozorováním kosmických signálů z druhého konce vesmíru, uzavírá kapitolu „problému chybějících baryonů“. Víme, kolik obyčejné hmoty ve vesmíru je, a víme, kde se nachází – zhruba polovina v galaxiích a jejich okolí, a druhá polovina rozprostřená jako řídký, teplý plyn ve vláknech mezigalaktického média.
Je to připomínka toho, že vesmír stále skrývá překvapení, ale s novými nástroji a chytrými přístupy k datům dokážeme postupně rozplétat i ty nejkomplexnější kosmické záhady. Objev chybějící poloviny obyčejné hmoty je významným krokem vpřed v našem pochopení složení a velkoprostorové struktury vesmíru.
