Vesmírný teleskop, pojmenovaný po geniálním německém fyzikovi Maxi Planckovi, je zaměřený na studování reliktního mikrovlnného záření, které prostupuje celý vesmír a je pozůstatkem velkého třesku. Vědci pomocí něj vytvořili zatím nejdetailnější mapu vesmíru, a tím zpřesnili údaje o jeho stáří, složení a vývoji.
Mapa reliktního záření podle Plancka Zdroj: NASA
Reliktní kosmické mikrovlnné záření bylo předpovězeno v roce 1948 Ralphem Alpherem a Robertem Hermanem. Objeveno bylo až v roce 1965 Arnem Penziasem a Robertem Woodrow Wilsonem z Bellových laboratoří. Za tento objev získali v roce 1978 Nobelovu cenu za fyziku.
Planckův vesmírný teleskop pořídil po 15měsíčním pozorování nejdetailnější mapu kosmického mikrovlnného pozadí, které se vtisklo do našeho vesmíru, když byl jen 380 000 let starý.
V té době byl vesmír plný horké směsi složené z protonů, elektronů a fotonů. Jeho teplota byla přibližně 2700°C. Pak se protony a elektrony spojily a vytvořily první atomy vodíku, ze kterých poté vznikaly první hvězdy a dále i celé seskupení hvězd, kterým dnes říkáme galaxie. Jak se vesmír rozpínal, tak chladnul a vlnové délky prvotního záření se natáhly až k mikrovlnám s teplotou pouhých 2,7 stupňů nad absolutní nulou, tedy asi -270°C.
Celé kosmické mikrovlnné pozadí je plné malých fluktuací (kolísání teploty), které odpovídají místům s jinou hustotou hmoty v počátcích našeho vesmíru, kde hustější místa odpovídají dnešním seskupením galaxií.
Podle standardního modelu kosmologie vzniklo toto kolísání teplot hned po velkém třesku a tyto fluktuace se roztáhly do velkých oblastí díky rané inflaci, což bylo veliké zrychlení rozpínání v počátcích vesmíru.
Planck byl vytvořen se záměrem zmapovat veškeré fluktuace s co největším rozlišení a citlivostí. Pomocí těchto dat vědci mohli určit složení a vývoj vesmíru od jeho vzniku až po současnost.
Nová mapa poskytuje excelentní potvrzení našeho modelu kosmologie s obrovskou přesností.
Zásluhou této přesnosti poskytnuté Planckem vědci odhalili nové skutečnosti, které potřebujeme k porozumění nejmodernější fyziky.
Historie pozorování reliktního kosmického mikrovlnného pozadí. Zdroj: JPL/NASA
„Neuvěřitelná přesnost a kvalita obrazu raného vesmíru nám umožnila se dostat hlouběji k samým základům vesmíru, tím jsme zjistili, že náš obraz vesmíru není ani zdaleka kompletní,“ říká Jean Jacques Dordain z Evropské vesmírné agentury ESA.
„Od vydání prvního Planckova obrázku jsme veškerá data analyzovali a mohli jsme tak vytvořit zatím nejpodrobnější mapu kosmického mikrovlnného záření,“ dodává George Efstathiou z Univerzity Cambridge ve Velké Británii.
Jedno z největších překvapení bylo, že průměrné teploty jsou jiné, než předpokládal standardní model kosmologie. Navíc chladnější místa zabírají větší prostor, než se dříve myslelo.
„Fakt, že Planck zmapoval tyto anomálie velice detailně, potvrzuje jejich existenci. Nejedná se o chyby v měření. Jsou opravdové a musíme pro ně najít vysvětlení,“ říká Paolo Natoli z Univerzity Ferrara v Itálii.
Vývoj vesmíru podle nejnovějších dat. Zdroj: NASA
Jeden způsob, jak vysvětlit tyto anomálie, je přijmout fakt, že vesmír ve velkých měřítkách není ve všech směrech stejný.
V tomto případě by světelné paprsky kosmického mikrovlnného záření mohly cestovat komplikovanější cestou, než jsme původně mysleli, což by způsobilo neobvyklé vzory, které dnes pozorujeme.
„Náš cíl je vytvořit nový model, který předpovídá anomálie a navzájem je propojuje. Ale teď ani nevíme, jaká fyzika je k tomuto zapotřebí. To je na tom to vzrušující,“ říká profesor Efstathiou.
Ingredience použité ve vesmíru
Díky přesnostem v měření Planck vědcům dovolil zpřesnit složení vesmíru.
Klasická fermionová hmota (protony, neutrony, elektrony, neutrina…) a bosonová energie (fotony, gluony…), tedy částice, které známe, zkoumáme a ze kterých se skládají všechny galaxie, hvězdy či planety, zabírají asi 4,9 % celého vesmíru.
Temná hmota, která byla detekována pouze nepřímo kvůli gravitačnímu vlivu, zaujímá 26,8 % vesmíru, téměř o pětinu více než se předpokládalo.
Naopak temná energie, tajemná síla, která pravděpodobně způsobuje zrychlování rozpínání vesmíru zaujímá 68,3 %, což je o něco méně, než se dříve myslelo.
Rozložení hmoty před a po Planckovi. Zdroj: NASA
Data také zpřesnila hodnotu Hubbleovy konstanty, která nám říká, jak rychle se vesmír rozpíná. Její hodnota je nyní 67,15 kilometrů za sekundu na jeden megaparsek. Je to o hodně méně, než se dříve myslelo.
Jak je vesmír starý?
Donedávna se stáří vesmíru odhadovalo na 13,7 miliard let. Z dat vyplývá, že vesmír je starý 13,82 miliard let.
„Tyto velice detailní data získaná pomoci Planckova vesmírného teleskopu rozšiřují hranice našeho poznání vesmíru,“ říká Jan Tauber z Planckova projektu ESA.
„Je to začátek cesty k novému poznání a čerstvá data z Plancku nám pomohou se dostat vpřed. Další zpracování dat můžeme očekávat v roce 2014.“
Podívejte se na velice povedené video o projektu Planck a jeho objevech (anglicky).
Nadmíru zajímavým fenoménem jsou také soustředné kruhy, které vědci našli v reliktním záření. Podle některých názorů by tyto kruhy mohly být jediným pozorovatelným důkazem o době před velkým třeskem. O těchto strukturách se ví velice málo a rozuzlení jejich záhady zatím není na dosah. Je to odkaz předchozího vesmíru, nebo zpráva od stvořitele? Otázka, jak vznikl náš vesmír a co bylo předtím, bude lidstvo stále fascinovat.
