Astronomové NASA detekovali kosmický signál, který k nám putoval 13 miliard let. Záblesk trvající pouhých 10 vteřin přináší unikátní vhled do nejranějších fází vesmíru – do doby, kdy vznikaly první hvězdy, galaxie a možná i černé díry.
Někdy se zdá, že realita je jako z nějakého sci-fi filmu. Signály křižující vesmír, ozvěny z minulosti a záhady, které se vymykají veškeré lidské logice. Tyto jevy však nepatří jen do fantazie: dějí se a jsou skutečné. I když i vědci zpočátku pochybují, fakta nakonec zvítězí. Přesně to se stalo v NASA po detekci kosmického signálu vyslaného před 13 miliardami let.
Abychom pochopili závažnost tohoto nálezu, je třeba si uvědomit, že vesmír je starý přibližně 13,8 miliardy let. Jinými slovy, signál vznikl v době, kdy byl vesmír starý jen asi 5-10 % svého současného stáří. To, co dnes zaznamenávají přístroje NASA, je doslova ozvěna z dětství vesmíru, která byla vyzařována v době, kdy se první hvězdy teprve rozpalovaly.
Nečekané zjištění při analýze dat
Vědci z Goddardovy laboratoře NASA a Laboratoře tryskového pohonu (JPL) zjistili při rutinním zpracování astronomických dat krátký přechodný výtrysk energie trvající pouhých 10 sekund. Objev začal jako východisko zkoumání postgraduálního studenta a nakonec vyvolal zájem celé vědecké komunity.
K takovému objevu nedojde přímým pohledem do dalekohledu, jak si často představujeme, ale ponořením se do hor dat. Mise, jako je Neil Gehrels Swift Observatory, vesmírný teleskop Fermi nebo dokonce pozemní radioteleskopy, denně generují terabajty informací o obloze. Velká část tohoto materiálu je analyzována pomocí automatických algoritmů, ale stále je zde prostor pro lidskou zvědavost: právě při přezkoumávání anomálie v záznamech si student uvědomil, že něco nezapadá do obvyklých vzorců.
Objevil se velmi krátký a extrémně energetický záblesk, něco podobného, co astronomové nazývají gama záblesk (GRB), jeden z nejsilnějších jevů ve známém vesmíru. Pozorovaná energie, doba trvání a především odhadovaná vzdálenost však naznačovaly, že se nejedná o běžnou událost. Tým poté zahájil ověřovací proces, do kterého se zapojilo několik středisek NASA a mezinárodní spolupracovníci.
V astrofyzice nestačí jediná detekce. Než vědci něco oznámí, snaží se vyloučit chyby přístrojů, rušení družic, softwarové závady nebo dokonce signály ze samotné Země. Teprve když jsou všechny tyto možnosti vyloučeny, začne být jev považován za skutečný a hodný podrobného studia.
Potvrzení z teleskopu Jamese Webba
Aby vědci vyloučili chyby a potvrdili původ jevu, provedli křížovou kontrolu dat z pozorování z vesmírného dalekohledu Jamese Webba. Díky své schopnosti pozorovat skrze kosmický prach dokázal Webbův teleskop umístit signál do období tzv. kosmického úsvitu, tedy do fáze, kdy se ve vesmíru začaly formovat první hvězdy a galaxie.
Teleskop Jamese Webba „neposlouchá“ rádiové vlny, ale pozoruje především v infračervené oblasti elektromagnetického spektra, která je ideální pro studium velmi vzdálených a starých objektů. V důsledku rozpínání vesmíru k nám světlo vyzařované před miliardami let dorazí „natažené“, posunuté k delším vlnovým délkám. Tento jev se označuje jakorudý posuv. Čím vyšší je červený posuv, tím je objekt starší a vzdálenější.
Zaměřením Webbova teleskopu na oblast oblohy spojenou s výbuchem astronomové identifikovali extrémně slabý a vzdálený zdroj s velmi vysokým červeným posuvem, který odpovídá stáří přibližně 13 miliard let. To klade vznik signálu do doby, kdy se vesmír vynořoval z takzvaného „temného věku“, tedy období, kdy ještě neexistovaly zralé hvězdy, jaké vidíme dnes, ale pouze první generace malých, chaotických hvězd a galaxií.
Tento druh pozorování zapadá do dalších nedávných výsledků teleskopu Jamese Webba, který již objevil překvapivě jasné a hmotné galaxie ve velmi raných dobách, což zpochybňuje některé klasické modely vzniku vesmírných struktur. Shoda mezi vysokoenergetickým signálem a vzdáleným zdrojem pozorovaným Webbem posiluje myšlenku, že se jedná o extrémní událost v raném vesmíru.
Nejedná se o mimozemský signál, ale o něco výjimečného.
NASA kategoricky vyloučila jakýkoli mimozemský původ. Nejedná se o záměrnou zprávu ani o umělý kód. To, co bylo zjištěno, je neobvyklý vzorec v rádiových vlnách: záblesk strukturované energie, který nevzniká samovolně a ukazuje na extrémní fyzikální procesy v raném vesmíru.
V posledních letech jevy, jako jsou rychlé rádiové záblesky (FRB), podněcují lidovou představivost. Jedná se o velmi krátké a silné rádiové pulsy, z nichž některé přicházejí ze vzdálených galaxií. Přestože byla navržena exotická vysvětlení, vědecká komunita je většinou přisuzuje extrémním astrofyzikálním objektům, jako jsou silně zmagnetizované neutronové hvězdy (magnetary) nebo srážky kompaktních hvězd.
V tomto případě má signál detekovaný NASA s těmito jevy společný přechodný a energetický charakter, ale jeho stáří a kosmologický kontext z něj činí něco jiného. Nejsou zde žádné modulace nebo opakování, které by naznačovaly kód nebo záměr. Neobjevují se ani vzory připomínající lidské technologie, jako jsou radarové signály nebo satelitní komunikace. Je zde patrná struktura odpovídající velmi prudkým fyzikálním procesům, které jsou řízeny extrémní gravitací a silnými magnetickými poli.
Proto vědci trvají na tom, že se nejedná o „poselství ze záhrobí“, ale o kousek mnohem větší skládačky: jak vznikly první hvězdy, černé díry a galaxie a jak se vesmír vyvinul z téměř jednolitého stavu do složité kosmické sítě, kterou vidíme dnes.
Okno do prvních událostí ve vesmíru
Odborníci se domnívají, že signál by mohl souviset s katastrofickými jevy, jako je zhroucení masivních hvězd nebo raná aktivita černých děr. Rozpínání vesmíru tento příval energie v čase roztáhlo, což nám umožňuje analyzovat události, které se odehrály v době, kdy se vesmír teprve začínal rozsvěcet. Mezi zvažovanými hypotézami je několik možností:
- Exploze masivní hvězdy první generace (populace III): Jednalo by se o první hvězdy vzniklé po velkém třesku, složené téměř výhradně z vodíku a helia. Předpokládá se, že mnohé z nich byly gigantické, desítky až stovkykrát hmotnější než Slunce, a svůj život ukončily kolosálními explozemi. Ačkoli dosud nebyly přímo pozorovány, takovýto vysokoenergetický výbuch by mohl být jednou z jejich nepřímých stop.
- Zrození nebo splynutí raných černých děr: V raném vesmíru se hmota rychle shlukovala, čímž vznikaly černé díry, které mohly explozivně růst. Jejich vznik nebo splynutí několika z nich by mohlo generovat krátké záblesky vysokoenergetického záření doprovázené gravitačními vlnami.
- Extrémní aktivita v mladých galaxiích: Rané galaxie byly velmi dynamickým prostředím s vysokou mírou tvorby hvězd a turbulentními magnetickými poli. Výbuch spojený s aktivním galaktickým jádrem nebo oblastí intenzivní tvorby hvězd také odpovídá typu detekovaného signálu.
Podstatné je, že bez ohledu na přesný původ působí signál jako časová schránka. Záření, které dnes měříme, opustilo svůj zdroj v době, kdy byl vesmír starý jen několik set milionů let. Od té doby putovalo rozpínajícím se prostorem, ztrácelo energii a rozpínalo se, až dorazilo k našim detektorům. Analyzovat ho znamená v jistém smyslu číst přímý záznam fyzikálních podmínek té doby: hustoty, teploty, chemického složení a dynamiky hmoty.
Taková pozorování doplňují další významné kosmologické projekty, jako je studium kosmického mikrovlnného pozadí (fosilního záření velkého třesku) nebo mapování blízkých galaxií. Společně umožňují rekonstruovat historii vesmíru od jeho nejstarších okamžiků až po současnost.
Jak naslouchat signálu z doby před 13 miliardami let
Může být matoucí, že nyní přijímáme něco, co bylo vyzařováno v době, kdy Země, jak ji známe, ještě neexistovala. Klíčové je, že světlo a další formy záření nepřicházejí okamžitě: pohybují se konečnou rychlostí, rychlostí světla (asi 300 000 km za sekundu). V lidském měřítku se to zdá být téměř okamžité, ale v kosmickém měřítku to zahrnuje obrovské zpoždění.
Když astronomové říkají, že nějaká galaxie je vzdálená 13 miliard světelných let, ve skutečnosti tím naznačují, že světlo, které dnes vidíme, odtamtud přišlo před 13 miliardami let. Nevidíme tu galaxii „takovou, jaká je teď“, ale takovou, jaká byla ve svém mládí. Totéž platí pro tento signál: záblesk trval v místě, kde vznikl, asi 10 sekund, ale jeho cesta k nám trvala téměř celou historii vesmíru.
Navíc se v důsledku rozpínání vesmíru „natáhl“ i samotný signál. Jeho původní frekvence (možná gama záření nebo rentgenového záření) se posunula směrem k nižším energiím, do rádiového nebo infračerveného pásma, které můžeme detekovat našimi současnými přístroji. Tato proměna obsahuje cenné informace o rychlosti rozpínání vesmíru a o hmotě a energii, které jej vyplňují.
Dopad na současnou technologii
Kromě vědeckého významu má tento objev i praktické důsledky. Podle NASA pomáhá lepší pochopení kosmických signálů a rozpínání časoprostoru zlepšit přesnost systémů GPS a satelitní komunikace, které jsou v každodenním životě nezbytné.
Může se to zdát jako vzdálené spojení, ale není to tak vzdálené. Globální systémy určování polohy, jako je GPS, evropský Galileo nebo ruský GLONASS, jsou závislé na mimořádně přesné synchronizaci atomových hodin na palubách satelitů a na pozemních stanicích. Tato synchronizace musí brát v úvahu relativistické efekty: čas na povrchu Země neběží přesně stejně jako na oběžné dráze, a to jak kvůli rychlosti družic, tak kvůli rozdílu v gravitaci.
Stejné fyzikální modely, které se používají k interpretaci vzdálených kosmických signálů – obecná teorie relativity, rozpínání vesmíru, šíření vln v časoprostoru – se používají pro korekce a kalibrace, které umožňují mobilnímu telefonu určit naši polohu s přesností na metry. Zlepšení našeho chápání toho, jak se záření chová v extrémních prostředích nebo jak je hmota ve vesmíru rozložena, má vliv na přesnost těchto modelů.
Kromě toho má technologie vyvinutá k detekci a analýze slabých a vzdálených signálů přímé využití na Zemi. Algoritmy pro filtrování šumu, kompresi dat, umělou inteligenci a vysoce citlivou komunikaci, které se zdokonalují v rámci vesmírných projektů, se pak znovu používají v telekomunikačních sítích, radarech, lékařských zobrazovacích systémech a dalších oblastech.
Co o tomto signálu víme a co nevíme
- Co to pravděpodobně je: Prudká exploze spojená s první generací galaxií nebo raných černých děr. Jeho energie, doba trvání a vzdálenost odpovídají extrémní události v raném vesmíru, která pravděpodobně souvisí s kolapsem masivní hvězdy nebo rychlou akrecí hmoty nově vzniklou černou dírou.
- Co to pravděpodobně není: Záměrná zpráva, opakující se signál nebo důkaz blízké civilizace. Nebyla zjištěna žádná periodická opakování ani modulace naznačující kód. Neexistuje ani žádná souvislost se známými zdroji v naší galaxii nebo v jejím okolí.
- Co nám to dává: Jasnější pochopení raného vesmíru a procesů, které daly vzniknout světlu a struktuře vesmíru. Každý takový signál pomáhá zpřesnit modely vzniku hvězd, galaxií a černých děr a ověřit teorie temné hmoty, temné energie a rozpínání vesmíru.
Úloha studentů a otevřené vědy
Pozoruhodným aspektem tohoto příběhu je skutečnost, že výchozím bodem byla zvědavost postgraduálního studenta. V mnoha projektech NASA a dalších kosmických agentur mají mladí výzkumníci přístup k veřejným datům a pokročilým analytickým nástrojům. Tato kombinace otevřeného přístupu a specializovaného školení umožňuje, aby z projektů diplomových nebo magisterských prací vzešly objevy s vysokým dopadem.
Velká část dnešních astronomických dat je publikována v otevřených úložištích, která jsou přístupná celosvětové vědecké komunitě a dokonce i pokročilým amatérům. Iniciativy, jako je Zooniverse nebo projekty občanské vědy, umožňují tisícům očí kontrolovat snímky a záznamy a hledat anomálie. V tak rozsáhlém vesmíru se masová spolupráce stává výhodou: čím více vědců se na data podívá, tím větší je šance, že objeví něco nečekaného.
Vesmír, který stále překvapuje
Ozvěna oněch 10 vteřin vysílaných před 13 miliardami let zatím zůstává uložena na serverech a v analytických systémech, kde se podrobně zkoumá. Pro ty, kteří ji zaznamenali poprvé, bude tento okamžik zaznamenán navždy. Pro nás ostatní je to další důkaz, že vesmír stále skrývá tajemství schopná překonat jakýkoli vědeckofantastický příběh.
V příštích letech se k pátrání po podobných signálech připojí nové observatoře – ve vesmíru i na Zemi. Projekty jako Square Kilometre Array (SKA), největší radioteleskop na světě ve výstavbě, nebo budoucí nástupci Jamese Webba umožní sledovat ozvěny raného vesmíru s větší citlivostí a detaily. Každá nová detekce přidá další kousek do skládačky.
Mezitím nám tento desetivteřinový signál připomíná něco zásadního: každý světelný bod, každý prchavý záblesk na obloze, je příběhem, který k nám putoval miliardy let. Naslouchat mu, interpretovat ho a zasadit do kontextu širšího vesmírného příběhu je nakonec to, o co v astronomii jde.