Albert Einstein pred sto rokmi predpovedal niečo, čo dnes astronómom doslova otvára oči. Tvrdil, že masívne vesmírne objekty dokážu ohýbať samotnú tkaninu časopriestoru, čím pôsobia ako gigantické kozmické lupy. Práve vďaka tomuto efektu, známemu ako gravitačné šošovkovanie, môžeme dnes pozorovať objekty, ktoré by boli inak pre naše prístroje neviditeľné. Ako vyplynulo z najnovších zistení, teleskop Jamesa Webba tento jav využil pri skúmaní chaotickej kopy galaxií s označením MACS J0553.4-3342.

V popredí tohto „vesmírneho lunaparku“ žiaria dve eliptické galaxie, ktoré sa nachádzajú v súhvezdí Columba. Podľa Európskej vesmírnej agentúry (ESA) tieto galaxie neprechádzajú práve pokojným obdobím – sú v procese dramatického zlučovania. Už raz do seba narazili a momentálne sú od seba vzdialené zhruba milión svetelných rokov. Časom sa však ich gravitačné pôsobenie opäť prejaví a definitívne splynú do jedného masívneho celku.

Gravitačné šošovky ako brána do minulosti

To najzaujímavejšie sa však nedeje v strede zrážky, ale na jej okrajoch. Gravitačná sila tejto kopy galaxií ohýba svetlo prichádzajúce z oveľa vzdialenejších a starších objektov.

Výsledkom sú bizarné, oranžové oblúky, ktoré sú v skutočnosti zväčšenými obrazmi galaxií z obdobia menej ako miliardu rokov po veľkom tresku. Webb nám tak umožňuje vidieť v extrémnych detailoch svet, ktorý vznikal tesne po zrode vesmíru.

Prepisujeme učebnice astronómie?

Vďaka schopnosti vidieť takto hlboko do minulosti vedci zisťujú, že ranný vesmír bol zrejme oveľa rušnejším a produktívnejším miestom, než sme si mysleli. James Webb už v minulosti objavil viacero veľmi vyspelých galaxií z obdobia krátko po veľkom tresku, čo podnietilo diskusiu o tom, ako rýchlo sa prvé galaxie formovali.

Aj nové gravitačné šošovky rozširujú množstvo objektov, na ktorých môžu vedci tieto modely ďalej testovať. Samotná snímka však neznamená, že sa kozmologické teórie prepisujú. Skôr poskytuje ďalšie mimoriadne cenné údaje na ich spresňovanie.

Einstein to predpovedal už v roku 1915

Myšlienka, že gravitácia dokáže ohýbať svetlo, znela začiatkom 20. storočia takmer neuveriteľne. Albert Einstein však vo svojej všeobecnej teórii relativity ukázal, že hmota nedeformuje iba priestor, ale celý časopriestor. Svetlo preto nemusí cestovať po dokonale priamke – ak prechádza popri mimoriadne hmotnom objekte, jeho dráha sa zakriví.

Prvé potvrdenie prišlo už v roku 1919 počas úplného zatmenia Slnka, keď astronómovia zistili, že hviezdy sa na oblohe javia na mierne odlišných pozíciách, než by mali byť. Práve vtedy sa Einsteinova teória definitívne zapísala do dejín fyziky.

Dnes sa gravitačné šošovkovanie stalo jedným z najdôležitejších nástrojov modernej astronómie. Vedci ho využívajú prakticky ako prírodný teleskop, ktorý dokáže zosilniť svetlo objektov vzdialených miliardy svetelných rokov.

Vesmír ako vlastný objektív

Hoci je Webb najvýkonnejším vesmírnym teleskopom, aký ľudstvo doteraz postavilo, ani jeho 6,5-metrové zrkadlo nedokáže zachytiť všetko. Niektoré galaxie sú jednoducho príliš ďaleko a príliš slabé.

Práve tu prichádza na scénu gravitačné šošovkovanie. Obrovská kopa galaxií medzi Zemou a vzdialeným objektom funguje podobne ako lupa. Jej gravitácia svetlo nielen ohne, ale často aj zosilní, takže teleskop dokáže zachytiť detaily, ktoré by inak zostali úplne neviditeľné.

Práve preto sa na snímke objavujú charakteristické oranžové oblúky. Nejde o zvláštne útvary samotnej kopy galaxií, ale o deformované obrazy oveľa vzdialenejších galaxií nachádzajúcich sa za ňou.

V niektorých prípadoch gravitačné šošovkovanie dokonca vytvorí viacero obrazov tej istej galaxie. Vedci tak môžu pozorovať jeden objekt zdanlivo na viacerých miestach naraz, čo pomáha spresňovať modely rozloženia hmoty vo vesmíre.

Nie je to len pekná fotografia

Na prvý pohľad môže ísť o ďalší pôsobivý vesmírny záber, akých James Webb pravidelne zverejňuje. Pre astronómov však predstavuje oveľa viac.

Každý oblúk, každé zakrivenie svetla a každé skreslenie nesie informáciu o tom, aká veľká hmota sa medzi nami a vzdialenou galaxiou nachádza. Vedci tak dokážu vytvárať mapy rozloženia hmoty v kope galaxií vrátane tej časti, ktorú priamo nevidíme.

Ide predovšetkým o tmavú hmotu. Tá netvorí svetlo, nemožno ju pozorovať klasickými teleskopmi, no jej gravitácia výrazne ovplyvňuje pohyb galaxií aj samotné gravitačné šošovkovanie. Práve analýza podobných snímok patrí medzi najpresnejšie metódy, ako odhadovať množstvo tmavej hmoty vo vesmíre.

Odpovede môžu prísť až o niekoľko rokov

Samotná fotografia je iba začiatkom. Nasledujú mesiace až roky podrobných analýz, počas ktorých budú výskumníci určovať vzdialenosti jednotlivých galaxií, ich hmotnosť, chemické zloženie aj rýchlosť tvorby hviezd.

Každá nová gravitačná šošovka rozširuje katalóg objektov, ktoré možno skúmať detailnejšie, než by to bolo bez pomoci samotnej gravitácie.

Práve preto sa takéto pozorovania pravidelne stávajú základom ďalších výskumov. Astronómovia sa k nim vracajú opakovane a kombinujú ich s údajmi z iných teleskopov, aby získali čo najpresnejší obraz o tom, ako vyzeral vesmír počas svojich prvých miliárd rokov.

Čítajte viac z kategórie: Vesmír a veda