LDR: Hledání signálu zahřívajícího se vodíku v mladém vesmíru se snad přiblížilo jeho detekci. Zdá se, že plyn se nemusel nutně zahřívat světlem prvních hvězd, ale RTG zářením prvních černých děr. Studie tuna a tuna.

Zdá se, že vesmír měl teplý předkrm ještě, než se rozsvítily první hvězdy! Astronomové z ICRAR totiž navrhli, že vesmír nemusel být v době prvních hvězd úplně ledově chladný, jak se dlouho předpokládalo, ale mohl být už zčásti „předehřátý”.

„Co to proboha znamená?“

Po svém vzniku vesmír zprvu nevypadal jako dnes – včetně toho, že byste v něm prd viděli. Nejprve byl plný žhavého plazmatu, které dál „nepouštělo” viditelné světlo. Změnila to až tzv. rekombinace přibližně 380 000 let po Velkotřesku, při které se vesmír ochladil natolik, že se volné elektrony a protony spojily a vytvořily neutrální atomy vodíku.

Tím se vesmír zprůhlednil, ale objevil se nový problém – vesmír zaplněný neutrálním vodíkem byl sice průhledný, ale zcela temný. Nesvítili v něm totiž žádné hvězdičky, takže období temna pokračovalo. Teprve stovky milionů let poté, když se v této „temné průhlednosti“ zrodily první hvězdy a galaxie, jejich ultrafialové záření začalo ionizovat okolní vodík. Tak odstartovala éra reionizace, v níž se kosmos z temného prostoru postupně stal světelným a opravdu průhledným na kosmické vzdálenosti.

Problém je, že pro tento scénář je klíčové, aby ty hvězdy vůbec mohly vzniknout — ovšem ve zcela chladném a neutrálním vodíku to možné je jen obtížně. Modely naznačují, že plynná mračna by měla být alespoň částečně zahřátá, nebo mít zdroje, které pomáhají překonat živel gravitace, chladu a záření. Úplný „studený start“ je proto v mnohých simulacích sporný — zahřívání v předstihu může proces vzniku hvězd usnadnit. Autoři nové teorie naznačují, že tento mladý vesmír mohl být postupně ohříván již dříve…

„Co by ho asi tak zahřálo bez hvězd?“

Mohlo by stačit rentgenové záření z raných černých děr – zbytků po supernovách, nebo z velmi aktivních binárních systémů. Tato „prvotní“ radiace by mohla zvýšit teplotu mezihvězdného plynu dost na to, aby se začaly rodit první hvězdy dříve a efektivněji. To naznačuje, že éra reionizace nezačala v absolutním mrazu, ale spíše v trochu předehřátém prostředí — jako by kosmos zapnul troubu těsně před tím, než to začal „opékat“.

Samozřejmě, to vyvolává další otázky: odkud se vzaly ty černé díry v tak brzké fázi, když hvězdy ještě nebyly? Jedna možnost je, že některé černé díry vznikly přímo kolapsem plynného mračna (bez hvězdné fáze), nebo dokonce jako primordiální černé díry vytvořené krátce po Velkém třesku. Tyto hypotézy zatím zůstávají spekulativní, ale právě teď se stávají předmětem intenzivního zkoumání!

Nová data pocházejí z dlouhodobého sledování radioteleskopu Murchison Widefield Array v Austrálii. Astronomové v těchto měřeních hledají tzv. vodíkovou linii (vlnu délky 21 cm), která by mohla nést informaci o stavu neutrálního vodíku v raném vesmíru. Tato linie je klíčová: pokud je mezihvězdný plyn zahřátý, signál se v absorpci či emisi promění a ukáže, že plyn není už chladný…

„A tu linii teda našli?“

Zatím ne! Potenciální signál je extrémně slabý a rušen mnoha zdroji, od galaxií, pozemního elektromagnetického šumu, až po vlastnosti samotného teleskopu. Přesto vědci výrazně posunuli limity — zdokonalili filtrace rušení, metody kalibrace antén, a techniky oddělování signálu od šumu.

Díky tomu už mohou vyloučit některé extrémní modely: vesmír nemohl být naprosto mrazivý, jak předpokládaly některé verze výpočtů — musel existovat alespoň částečný ohřev dříve, než se rozsvítily první hvězdy.

Kdy přesně se kosmos „zapnul troubu“ — tedy začal výrazný ohřev — zůstává dosud nejasné. Ale díky novým metodám a stále lepším měřicím přístrojům (včetně nadcházejících generací radioteleskopů) je pravděpodobné, že vědátoři hledající důkazy z epochy reionizace nebudou za trouby navěky!

[Ladislav Loukota]

Vědátor vznikl jako spinoff spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd, dnes jej provozuje spolek Hyperion Media. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – kontaktní mail je [email protected]