Vesmír má za sebou své nejproduktivnější období: hvězdy se dnes tvoří desetkrát pomaleji než před miliardami let. Astronomové varují, že kosmický tvůrčí proces slábne – a my žijeme uprostřed jeho fascinující, ale pomalu stárnoucí fáze.
V životě vždy existuje vrcholný bod fungování. Například lidé dosahují vrcholu koncentrace mezi 27. a 36. rokem života, poté začíná nepřehlédnutelný, ale mírný kognitivní pokles. Nuže, i samotný vesmír má podobný cyklus jako živé bytosti a zdá se, že již překročil svou maximální výkonnost.
Tato myšlenka, která může znít téměř poeticky, má za sebou zcela konkrétní údaje: produkce nových hvězd ve vesmíru už není, co bývala. Astronomové strávili desítky let měřením toho, kolik suroviny – chladného plynu – se přemění na hvězdy, a zjistili, že rychlost „zrodu hvězd“ neustále klesá. To znamená, že vesmír byl kdysi mnohem „produktivnější“ než nyní.
Pro kontext: odhaduje se, že v celém vesmíru je jeden kvadrilion hvězd (jednička následovaná 24 nulami), z nichž naprostá většina má velmi dlouhou „životnost“. Mnohé z nich budou žít mnohem déle než naše Slunce. V loňském roce totiž vesmírný teleskop Jamese Webba objevil v Mléčné dráze tři nebeská tělesa, jejichž stáří se odhaduje na 13 miliard let, což je téměř stejně staré jako samotný vesmír.
Související článek
Prakticky tyto hvězdy vznikly v době velkého třesku, tedy přibližně před 13,8 miliardami let. Takové zjištění odpovídá tomu, co ukazují velké kosmologické průzkumy: přibližně 90-95 % všech hvězd, které kdy vesmír za dobu své existence bude mít, se již zrodilo. To, co zbývá vytvořit, je jen malý zlomek, který se bude tvořit stále pomaleji.
Jinými slovy: vesmír už má své bujaré mládí, kdy plyn kondenzoval s velkou lehkostí a galaxie byly továrnami na hvězdy, za sebou. Nyní se nachází v „dospělejší“, klidnější fázi, v níž pomalu dochází palivo.
Čelíme nedostatku hvězd?
Otázka, která přiměla astronomy podělit se o svůj nejnovější objev, vyplývá z detekce poklesu využití plynu k tvorbě nových hvězd. Nejde o to, že by plyn náhle zmizel, ale o to, že je pro tento plyn stále obtížnější vychladnout a zkompaktnit se natolik, aby mohl zažehnout nové hvězdy. Abychom to pochopili, musíme si připomenout proces vzniku hvězd.
Nejprve se hvězdy formují v takzvaných mlhovinách, oblacích kosmického prachu, které koncentrují plyny z gravitace. Jedná se o gigantické oblasti, někdy o velikosti stovek světelných let, kde se hromadí plyn – především vodík. Nárůst hustoty a teploty spolu s malými poruchami (rázové vlny, výbuchy blízkých supernov, srážky mračen) nakonec dá vzniknout tomu, co se vědecky nazývá protohvězda. Přeloženo do hovorového jazyka by se jednalo o malou hvězdu.
Během fáze růstu hvězdy se atomy vodíku v ní začnou stále silněji tříštit, čímž vzniká helium a dochází k procesu jaderné fúze. Gravitace se snaží hvězdu stlačit, zatímco energie uvolněná při fúzi ji tlačí ven. Když se obě síly vyrovnají, hvězda vstoupí do fáze známé jako hlavní posloupnost. Jedná se o nejstabilnější fázi života hvězdy, která může trvat miliardy let, zejména v případě malých červených hvězd, které spotřebovávají palivo velmi pomalu.
Na konci hlavní posloupnosti hvězdy spotřebují veškeré své palivo a v závislosti na jejich velikosti je jejich konec více či méně velkolepý. V případě menších nebeských těles, jako je naše Slunce, hvězda jednoduše nabobtná, zbaví se svých vnějších vrstev a časem zanikne, přičemž po sobě zanechá bílého trpaslíka: horké, husté jádro, které bude pomalu chladnout.
Největší hvězdy však nakonec explodují a způsobí takzvanou supernovu. Tyto exploze jsou tak energetické, že mohou na několik dní zastínit celou galaxii, a navíc uvolňují zpět do vesmíru těžké prvky (uhlík, kyslík, železo atd.), které se v hvězdě vyrobily. Právě z těchto prvků se po milionech let vytvoří nové planety a případně i nové formy života.
Celý tento cyklus – zrod, život a zánik hvězd – závisí na jedné základní složce: dostupném chladném plynu. A právě tento zdroj je v kosmickém měřítku stále vzácnější.
Když byl vesmír továrnou na hvězdy
Podle Douglase Scotta, kosmologa z Univerzity Britské Kolumbie v Kanadě, „galaxie přeměňují plyn na hvězdy a činí tak stále menší rychlostí“. Tato relativně „nízká“ produkce naznačuje, že „kosmické poledne“, vrchol produkce hvězd, který nastal přibližně před 10 miliardami let, tedy dlouho před vznikem života na Zemi, již pominul.
Astronomové nazývají epochu, kdy rychlost tvorby hvězd ve vesmíru dosáhla svého maxima, „kosmické poledne“. Z pozorování pomocí dalekohledů, jako je Hubbleův teleskop, ALMA nebo v poslední době teleskop Jamese Webba, bylo možné rekonstruovat, jak se tato rychlost měnila v čase. Výsledkem je jakási „křivka života“ vesmíru: rychlý růst po velkém třesku, maximum zhruba před 10 miliardami let a nepřetržitý pokles až do současnosti.
Odhaduje se, že dnes se ve vesmíru tvoří hvězdy asi desetkrát pomaleji než v onom kosmickém poledni. A vše nasvědčuje tomu, že tento trend bude i nadále klesat. Proč?
- Plyn se zahřívá a rozptyluje: záření samotných hvězd, výbuchy supernov a supermasivní černé díry v centrech galaxií plyn zahřívají a vytlačují, což znesnadňuje jeho opětovné zhroucení.
- Chladný plyn se spotřebovává: část dostupného plynu se již přeměnila na hvězdy a nedoplňuje se tak rychle.
- Rozpínání vesmíru od sebe galaxie vzdaluje: jak se prostor rozpíná, je pro galaxie obtížnější vzájemně se ovlivňovat a slučovat, což jsou procesy, které často vyvolávají vlny tvorby hvězd.
Tyto faktory dohromady vytvářejí jasný obraz: vesmír vstupuje do fáze „úspory energie“, v níž je každá nová hvězda statisticky vzácnější než v minulosti.
Vesmír s omezenou energií
Tento pokles tvorby hvězd není jen statistickou zajímavostí. Má hluboké důsledky: posiluje myšlenku, že vesmír má konečnou existenci a omezenou „tvůrčí sílu„. Neznamená to, že by se vesmír „vypnul“ ze dne na den, ale že ve velmi dlouhém časovém horizontu se vyčerpá jeho schopnost vytvářet nové složité struktury (jako jsou hvězdy, planety a nakonec i život).
Současná kosmologická pozorování, podpořená misemi, jako je Planck (Evropské kosmické agentury), a průzkumy velkých galaxií naznačují, že žijeme ve vesmíru, kde dominuje temná energie, což je forma energie, která urychluje rozpínání vesmíru. Pokud bude toto zrychlování pokračovat, galaxie se od sebe vzdálí natolik, že se nakonec každá skupina galaxií stane prakticky izolovanou a nebude si moci vyměňovat plyn a hmotu.
V takovém případě bude muset každý „ostrov galaxií“ žít z paliva, které již má. A jak ukazují data, toto palivo se již nedoplňuje takovou rychlostí jako dříve. Vesmír v jistém smyslu stárne.
Žádný důvod k obavám
Ještě než se nad tím zamyslíte: ne, svět se neblíží ke konci. To zdaleka ne. Podle Scotta „každá generace hvězd má méně paliva, které může spálit, a nakonec nebude dost paliva na to, aby vznikla hvězda“. Tento okamžik, označovaný jako „velké zamrznutí “ (neboli „tepelná smrt“ vesmíru), bude spočívat v rozptýlení hvězd a postupném ochlazování vesmíru, což znemožní, aby byl dostatečně blízko a dostatečně energetický pro vznik nového života, jak ho známe.
„Velké zamrznutí“ je jednou z hlavních hypotéz o konečném osudu vesmíru. Je založena na velmi jednoduchém fyzikálním pojmu: entropii, která měří stupeň neuspořádanosti. V průběhu času se užitečná energie mění ve stále více rozložené a stále méně využitelné teplo. V extrémně vzdálené budoucnosti by se teplota vesmíru přiblížila velmi nízké, téměř rovnoměrné hodnotě a již by neexistovaly procesy schopné udržet složité struktury po velmi dlouhou dobu.
K „velkému zamrznutí“ však nedojde dnes, zítra ani za 100 let. Dokonce ani za dobu existence Slunce, které má před sebou ještě asi 5 miliard let relativní stability. Pokud má věda pravdu a vesmír v určitém okamžiku zanikne, nebude to přinejmenším dříve než za pět miliard let. Pro představu, to je jednička následovaná 78 nulami. Tolik, že to daleko přesahuje současné stáří vesmíru (asi 13,8 miliardy let) a jakoukoli časovou škálu, kterou si dokážeme představit v našem každodenním životě.
Mezitím se toho ještě hodně stane: poslední červené hvězdy budou zářit ještě miliardy let, galaxie se budou v některých případech nadále slučovat a hvězdné pozůstatky – bílí trpaslíci, neutronové hvězdy a černé díry – se budou dále pomalu vyvíjet. Dokonce se předpokládá, že v nepředstavitelně vzdálených dobách mohou někteří bílí trpaslíci dokonce explodovat v jakési exotické supernově, když jejich degenerovaná hmota projde vnitřní jadernou reakcí.
To vše však patří do budoucnosti tak vzdálené, že se pro lidstvo prakticky rovná věčnosti. Z našeho pohledu zůstane noční obloha hvězdnou podívanou ještě velmi dlouho.
Co to pro nás znamená
Kromě vědecké zvědavosti vyvolává toto „stárnutí“ vesmíru zajímavou myšlenku: žijeme ve velmi zvláštním vesmírném okamžiku. Nejsme v dětství vesmíru, kdy bylo vše příliš horké a chaotické, aby mohly existovat kamenné planety jako Země, ale nejsme ani v jeho extrémním stáří, kdy už nebude téměř žádná energie.
Astronomové někdy hovoří o „kosmickém okně obyvatelnosti“: časovém intervalu, v němž jsou podmínky ve vesmíru obzvláště příznivé pro vznik složitého života. Je zde dostatek těžkých prvků pro vznik planet a organických molekul, hvězdy jsou relativně stabilní a záření není tak intenzivní jako v počátcích. Vše nasvědčuje tomu, že se nacházíme v tomto okně.
V tomto smyslu není skutečnost, že vesmír překonal svůj vrchol tvorby hvězd, špatnou zprávou, ale spíše připomínkou: jsme výsledkem dlouhého a stále pomalejšího kosmického procesu. Hmota, která nás tvoří – vápník v našich kostech, železo v naší krvi, kyslík, který dýcháme – vznikla v předchozích generacích hvězd, které již neexistují. A i když vesmír ve velmi dlouhém časovém horizontu chladne a slábne, historie, která nám umožnila být zde dnes, je stále mimořádná.
Buďte si tedy jisti, že hvězdy budou lidstvo provázet až do konce jeho dnů jako druhu. A mezitím budou teleskopy i nadále vzhlížet k obloze, aby s každým novým pozorováním rekonstruovaly kompletní životopis vesmíru: od jeho ohnivého dětství až po onu mrazivou a tichou budoucnost, která je naštěstí pro nás nepředstavitelně daleko.