Zdá sa, že máte zablokovanú reklamu

Fungujeme však vďaka príjmom z reklamy a predplatného. Podporte nás povolením reklamy alebo kúpou predplatného.

Ďakujeme, že pozeráte .pod lampou. Chceli by ste na ňu prispieť?

Vesmírne svetlo

. .časopis .veda

Vesmír je v podstate dosť tmavý. Ale nebol taký vždy. Naopak, boli časy, keď svietil celý ako zmyslov zbavený. Kam sa podelo všetko to svetlo? Vesmír je v podstate dosť tmavý. Ale nie je taký celý. Nájdu sa v ňom miesta, ktoré svietia ako zmyslov zbavené. Odkiaľ sa berie všetko to svetlo?

Vesmír je v podstate dosť tmavý. Ale nebol taký vždy. Naopak, boli časy, keď svietil celý ako zmyslov zbavený. Kam sa podelo všetko to svetlo? Vesmír je v podstate dosť tmavý. Ale nie je taký celý. Nájdu sa v ňom miesta, ktoré svietia ako zmyslov zbavené. Odkiaľ sa berie všetko to svetlo?


Predchádzajúca séria článkov v rubrike .veda mohla na útlocitnejších čitateľov pôsobiť dosť pochmúrne, pretože sme sa v nej venovali vesmírnej temnote. V snahe napraviť temný dojem, ktorý sme tým možno vyvolali, rozhodli sme sa venovať aspoň záverečné rozhovory svetlu.
Ono, koniec-koncov, veď aj o tej temnote vieme vlastne len vďaka tomu svetlu. A to jednak svetlu viditeľnému, vďaka ktorému dokážem,e vesmír pozorovať aj voľným okom, a jednak vďaka svetlu neviditeľnému, ktor síce nedokázeme vnímať bezperostredne zrakom, ale dokážeme to prostredníctvom rôznych prístrojov.  Z thoh neviditeľného je asi najzaujímavejšie takzvané reliktné žiarenie, z toho viditeľného svetlo hviezd. Ako vlastne tieto dva typy svetla vznikli? Opýtali sme sa fyzika Vladimíra Baleka a astronóma Jána Rybáka.



S Vadimírom Balekom o svetle, ktoré nevidíme

.odkiaľ z vesmíru k nám prichádza všetko to neviditeľné reliktné žiarenie?
Je to žiarenie horúceho plynu, ktorý svojho času súvisle vypĺňal vesmír. Z tohto plynu vznikli galaxie a hviezdy, a neďaleko jednej celkom sympatickej hviezdy my. Plyn žiaril, lebo bol hustý a horúci. Lenže ako pokračovalo rozpínanie vesmíru, čoraz viac a viac redol a zároveň sa ochladzoval, až napokon žiariť prestal. Aj keď sa nedá povedať, že bol v tom čase zvlášť chladný. V poslednej fáze pred tým, ako s vyžarovaním skončil, mal zhruba rovnakú teplotu, aká je na Slnku. A reliktné žiarenie pochádza práve z tejto fázy. To znamená, že k nám prichádza z vrstvy plynu, ktorá bola v dobe, keď ho vyslala, rovnako horúca ako povrch Slnka. Dnes je tá vrstva veľmi, veľmi ďaleko od nás. Je to vôbec to najvzdialenejšie, čo z vesmíru poznáme.

.žiarenie toho horúceho plynu by asi malo byť rovnaké ako slnečné žiarenie. Prečo ho teda nevidíme?
Pre naše oko sú to príliš dlhé vlny. Aby bolo žiarenie viditeľné, vlnová dĺžka, to je vzdialenosť medzi dvoma za sebou nasledujúcimi hrebeňmi vlny, nesmie byť príliš veľká ani príliš malá. Reliktné žiarenie ju má zhruba milimetrovú, a to je veľa. Pritom v čase, keď vzniklo, bolo rovnako dobre viditeľné ako povedzme svetlo žiarovky. Za to, že jeho vlnová dĺžka odvtedy vzrástla, môže rozpínanie vesmíru. Bolo to, ako keď postavíme proti sebe dve zrkadlá a začneme jedno od druhého odťahovať. Počet hrebeňov svetelných vĺn medzi zrkadlami sa nemá prečo meniť, teda rozostupy medzi hrebeňmi sa musia zväčšovať rovnakým tempom, akým rastie vzdialenosť zrkadiel. V rozpínajúcom sa vesmíre sa deje to isté, aj keď tam nijaké zrkadlá nie sú. Tak vzniklo z viditeľného svetla žiarenie, ktoré má len o niečo kratšie vlny ako to z mikrovlnky.


.ak sa to žiarenie len málo líši od žiarenia v mikrovlnke, prečo nás potom nezohrieva?
Pretože je veľmi slabé. Keby sme si ním chceli zohriať večeru, potrebovali by sme, moment... (počíta na kúsku papiera) toľko žiarenia, koľko dopadá na plochu 15 krát 15 kilometrov. A to bolo to žiarenie spočiatku rovnako intenzívne ako svetlo na povrchu Slnka. Lenže keď sa vesmír rozpínal a nijaké žiarenie doň nepribúdalo – veď skade aj – žiarenie, ktoré v ňom bolo, postupne zoslablo.

.ako toto veľmi zoslabnuté žiarenie pozorujeme?
Astronómovia ho zachytávajú citlivými anténami. A nielen zachytávajú. Dokážu zaznamenať aj jeho anizotropie – malé rozdiely v intenzite žiarenia, ktoré k nám prichádza z rôznych smerov. Sama intenzita je veľmi malá a jej rozdiely sú veľmi malé ešte aj v porovnaní s ňou. Len asi jeden dielik zo stotisíca. Tieto rozdiely sú k dnešnému dňu celkom slušne zmapované. Dalo by sa to nazvať nebameračstvo.

.čo sme sa z pozorovaní anizotropií dozvedeli?
Veľa o tom, aký je náš vesmír. Koľko je v ňom takej látky, koľko onakej látky, či je rovný, alebo zakrivený, ako je tu dlho, a tak. Tie výkyvy intenzity, takmer nepostrehnuteľné, sú ako šifrovaná správa napísaná tajným atramentom o tom, kde je zakopaný poklad. Ako v Zlatom skarabeovi od Edgara Allana Poa. Až na to, že u Poa sa tá správa zjavila náhodou, keď sa pergamen, na ktorom bola napísaná, dostal blízko ohňa. Kozmológovia však boli od začiatku presvedčení, že reliktové žiarenie nejakú správu pre nich má. Len dlho nevedeli, ako to urobiť, aby, takpovediac, atrament na pergamene stmavol. Na druhej strane, pochopiť šifru nebol problém. Teória anizotropií bola známa dlho predtým, než sa anizotropie po prvý raz pozorovali. Takže keď kozmológovia mali ich mapu konečne na stole, vedeli, ako ju lúštiť.

.tak moment, ako sa dá z nejakých nepatrných rozdielov v intenzite veľmi slabého žiarenia zistiť napríklad vek vesmíru?
Predovšetkým z nich vieme, že vo vesmíre boli nehomogenity – malé zhustenia a zriedenia v inak rovnomerne rozloženom plyne. Pre nás sú dôležité najmä tie zhustenia, lebo z nich – po ich stlačení pôsobením vlastnej gravitácie – vznikli galaxie. Kým bol plyn horúci, tlak jeho žiarenia vyrovnával toto gravitačné priťahovanie, takže nehomogenity s nepríliš veľkými rozmermi sa nestláčali, ale kmitali. A práve o tých kmitoch hovorí správa ukrytá v anizotropiách. Kmitanie plynu pritom záviselo medziiným od rýchlosti rozpínania vesmíru. No a od tej závisí aj vek vesmíru. Je tým nižší, čím rýchlejšie sa vesmír rozpínal.

.rozloženie galaxií vo vesmíre poznáme z ich pozorovania ďalekohľadmi. Je toto rozloženie v rozumnom súlade s rozložením pôvodných nehomogenít?
Áno, a teda aj s tvarom anizotropií. To, že sa výsledky natoľko rozdielnych pozorovaní zhodujú, je jeden zo zázrakov života, vesmíru a vôbec.



S Jánom Rybákom o svetle, ktoré vidíme

.odkiaľ z vesmíru k nám vlastne prichádza všetko to viditeľné svetlo?
No predsa z jeho „záhadných hlbín“. Nie však zo všetkých. Viditeľným svetlom nazývame časť elektromagnetického žiarenia, ktorú dokážeme vidieť našimi očami. A takéto žiarenie k nám prichádza len z tých smerov, kde sa v hlbinách vesmíru nachádzajú atómy, či už neutrálne, alebo inonizované. Väčšina takýchto atómov sa nachádza pri povrchu objektov, ktoré my nazývame hviezdami. Iné takéto atómy sú zas v tých hlbinách vesmíru rozptýlené a vytvárajú spolu s podobnými atómami útvary, ktoré nazývame hmlovinami.

.a prečo vlastne tie atómy a ióny žiaria?
Pretože majú priveľa energie. Na to, aby atómy žiarili, sú potrebné také podmienky, pri ktorých sa musia chtiac-nechtiac zbavovať svojej – pre ne v tej chvíli prebytočnej – energie. A tej sa zbavujú vysielaním elektromagnetického žiarenia. Pri veľkom prebytku energie sa dokonca z atómov uvoľnia elektróny, ktoré sa potom zrážajú s ostatnými elektrónmi, iónmi a atómami. A vždy, keď sú týmito zrážkami nútené zmeniť smer či rýchlosť svojho pohybu, tak tiež vyžarujú elektromagnetické žiarenie. Podobne vyžarujú všetky elektricky nabité častice.

.a odkiaľ sa berie všetka tá prebytočná energia?
V prípade hviezd je prvotným donorom energie gravitácia, ktorá atómy „natlačí“ do telesa budúcej hviezdy tak nahusto, že tlak a teplota vnútri dosiahnu hodnoty postačujúce na efektívny priebeh jadrových reakcií. Celková hmotnosť atómových jadier vstupujúcich do týchto reakcií je o čosi väčšia ako hmotnosť vystupujúcich jadier, a ten malý hmotnostný úbytok je vynahradený výrazným množstvom uvoľnenej energie. Takže gravitácia je tou silou, ktorá pripravuje hviezdnu vatru znášaním dreva z lesa na ohnisko. Ale táborák hviezdy plápolá vďaka jadrovým reakciám. A zápalka v tomto prípade nie je potrebná. Stačí nanosiť dostatočne veľkú kopu hmoty.

.čiže energiu dodávajú jadrá, ale svetlo vyžarujú elektróny a atómy. Ako sa tá energia dostane od jedných k druhým?
Jadrové reakcie sú v prípade hviezd, takpovediac, dvojnásobne jadrové. Jednak sú to reakcie atómových jadier a jednak prebiehajú najprv v jadrách hviezd. Na druhej strane, svetlo k nám prichádza z povrchu hviezd, presnejšie povedané z hypotetického povrchu, pretože typická hviezda nemá pevný povrch.
Ako sa energia dostane z jadra hviezdy na jej povrch? Deje sa to rôznymi mechanizmami, napríklad elektromagnetickým žiarením alebo konvekciou, teda stúpaním horúcejšej hmoty smerom k povrchu hviezdy a ponáraním chladnejšej hmoty dovnútra. V prípade nášho Slnka sa v jeho jadre šíri energia žiarením, ktoré je ustavične pohlcované a zas vyžarované, takže mu nejaký čas trvá, kým sa mu podarí doraziť k podpovrchovým vrstvám. Tam prevezme zodpovednosť za efektívny prenos energie konvekcia a dopraví energiu k povrchu Slnka. Celý proces, čiže doprava energie jednej jadrovej reakcie na povrch, trvá zhruba milión rokov.

.každý táborák raz dohorí. Ako vyzerá pahreba, ktorá zostane po hviezde?
Rôzne. Závisí to hlavne od hmotnosti paliva prvotnej vatry na ohnisku a v menšej miere od toho, aké drevo gravitácia v lese nazbierala. Najjednoduchší je prípad hviezd s malou hmotnosťou, ktorý sa skončí vyhorením jadrových reakcií a postupným vychladnutím hviezdy do objektu, ktorý nazývame hviezdou-trpaslíkom. Hovoríme o bielom, potom hnedom a nakoniec čiernom trpaslíkovi, podľa toho, ako postupne vyžaruje čoraz menej svetla.
Podobne,  ako je to v prípade pahreby na ohnisku, je táto hviezdna pahreba tvorená vychladnutými atómami hmoty.
 
.a ako je to v zložitejších prípadoch?
Pri hviezdach, akou je naše Slnko, sa gravitácii po vyhorení prvotných jadrových reakcií spaľujúcich vodík podarí zapáliť i jadrové reakcie spaľujúce hélium. Po minutí všetkých zásob hélia sa vnútro hviezdy stane bielym trpaslíkom, ale vonkajšie vrstvy hviezdy sú rozptýlené do okolitých hlbín vesmíru, kde vytvárajú hmlovinu rozptýlenej hmoty. Pahreba je v tomto prípade dvojzložková. A ak je pôvodná kopa nanosená z lesa hlbín vesmíru naozaj obrovská, tak záverečná fáza táboráka je divadlom hodným pozornosti veľkej časti celého vesmíru. Po vyhorení všetkých možných reakcií v jadre hviezdy nastane kolaps jadra hviezdy do objektu, nazývaného neutrónová hviezda. Ostatná hmota hviezdy expanduje do okolia hviezdy vo výbuchu, nazývanom supernova. Vtedy hviezda na krátky čas zažiari tak intenzívne, ako celá galaxia tvorená miliónmi hviezd.

.naozaj až tak intenzívne?
Áno. Ale ako každá superstar tu na Zemi, i supernova je z hľadiska vývoja vesmíru len malou – hoci široko-ďaleko viditeľnou – epizódou.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.
.diskusia
.posledné
.neprehliadnite