Astrometrie, tedy obor zkoumající pozice a pohyby hvězd i dalších nebeských těles je jedním z nejstarších a nejdůležitějších odvětví astronomie. Není proto divu, že tato oblast brzy zaujala i vědce podílející se na kosmickém výzkumu. První idea astrometrické družice pochází již z roku 1967, na start mise Hipparcos jsme si však museli počkat až do roku 1989. Po skončení činnosti této velmi úspěšné observatoře přesunula značná část vědců podílejících se na této misi svůj zájem k novému projektu, sondě, která později získala jméno Gaia.

Gaia – stručné představení

Astrometrická družice Hipparcos
Zdroj: https://www.esa.int/

Nová astrometrická observatoř Gaia byla zahrnuta v programu Evropské kosmické agentury (ESA) s názvem Horizon Plus. Původně měla nést na palubě interferometr, název byl proto zamýšlen jako akronym Global Astrometric Interferometer for Astrophysics (GAIA). Po přepracování návrhu přístrojového vybavení, kdy ubyl interferometr, zmizel akronym, jméno Gaia, odkazující na bohyni Země z řecké mytologie, však zůstalo.

Hlavní cíl mise představovalo zmapování polohy a rychlosti, ale taktéž dalších parametrů u co největšího množství hvězd. Pro srovnání, katalogy Hipparcos a Tycho zpracované na základě dat z mise Hipparcos obsahují 120 000, respektive 1 050 000 hvězd. Gaia měla přesně změřit polohu u celé jedné miliardy hvězd, což je zhruba jedno procento všech hvězd Mléčné dráhy. U 150 milionů pak vědci chtěli pomocí spektroskopie určit i radiální rychlost (rychlost objektu ve směru linie směřující k pozorovateli). Veškeré údaje měly být pochopitelně také mnohem přesnější než u mise Hipparcos.

Raketa Sojuz-STB vynáší Gaiu ke hvězdám.
Zdroj: https://pbs.twimg.com

Start proběhl z kosmodromu Kourou ve Francouzské Guyaně 19. prosince 2013. Do kosmického prostoru sondu bezpečně vynesla raketa Sojuz ST-B s horním stupněm Fregat-MT a vzhledem k tomu, že došlo i k úspěšnému oddělení družice od horního stupně, mohl začít přelet do okolí libračního centra L2 soustavy Slunce – Země. Těchto speciálních bodů v nichž se vyrovnává působení gravitační a odstředivé síly na třetí (lehčí) těleso je pro každý systém dvou hmotných těles celkem pět. 8. ledna 2014 sonda úspěšně dokončila přelet. Po nezbytných kontrolách systémů a kalibraci přístrojů tak mohlo konečně začít toužebně očekávané pozorování.

Jak už to u podobných misí bývá, vědecký tým nezveřejňuje data průběžně, ale pravidelně jednou za určité období v tzv. balíčcích. Na první údaje jsme si tedy museli počkat až do září 2016, druhý balíček potom odborníci uveřejnili v dubnu 2018. Třetí datový soubor vědci uvolnili nadvakrát. Část výsledků byla představena již v prosinci 2020, kompletní data ovšem specialisté vydali až 13. června letošního roku. A protože jsou zvláště některé ze zveřejněných výsledků mimořádně zajímavé, pojďme se na ně nyní podívat podrobněji.

Co nového přináší třetí balíček dat?

Původně plánovanou metu, miliardu hvězd, již Gaia překonala téměř dvojnásobně. Nový katalog obsahuje 1 800 000 000 hvězd. Z toho u celé miliardy a půl byla provedena klasifikace, tedy víme, o jaký typ hvězdy jde. U stejného počtu hvězd sonda provedla i astrometrická a fotometrická měření, známe tedy mnohé fyzikální charakteristiky těchto hvězd jako je magnituda, barva, vzdálenost od Slunce, pozice na obloze nebo vlastní pohyb.

Stručný přehled nových výsledků.
Zdroj: https://skyandtelescope.org/

Navíc pro téměř půl miliardu hvězd určila Gaia i přesnější astrofyzikální vlastnosti, jako je například svítivost, stáří nebo hmotnost. U 220 milionů hvězd máme k dispozici i základní spektroskopické údaje, můžeme tak určit jejich metalicitu, tedy obsah prvků těžších než helium. Astronomové totiž obvykle neovládají chemii a došlo proto k mírnému zmatení pojmů mezi těmito obory. Přesnější rozbor observatoř provedla u asi 5 a půl milionů hvězd, z nichž pro zhruba milion disponujeme i velmi precizními spektroskopickými údaji, a můžeme tedy chemické složení určit velmi přesně.

Mapa ukazující radiální rychlost více než 33 milionů objektů (většinou hvězd). Ve světlých oblastech se hvězdy pohybují od nás, v tmavých naopak k nám. Povšimněte si prosím několik objektů, které se vymykají z normy. Zejména to jsou dva výrazné světlé body v pravé dolní části mapy. To jsou dvě sousední galaxie – Magellanovy oblaky.
Zdroj: https://www.esa.int/

Ovšem to stále ještě není všechno! U 33 milionů hvězd se podařilo určit i radiální rychlost, jež je velmi důležitá třeba při hledání potenciálních exoplanet. Gaia dosud také nalezla 10 milionů proměnných hvězd, které zase mohou posloužit například při stanovení vzdáleností ve vesmíru, a 813 000 dvojhvězdných systémů.

Revoluce ve výzkumu hvězd

Observatoř Gaia za téměř devět let své činnosti velmi výrazně změnila pohled na naši Galaxii, ale i na astronomické bádání jako takové. Někdy se můžete setkat s výroky ve smyslu, že Gaia odvedla více práce než všechny další projekty dohromady. O nich se tedy nepřímo říká, že jsou v podstatě zbytečné. Podobná tvrzení jsou sice poněkud přehnaná, další astronomické projekty stále mají své nezastupitelné místo, je však potřeba si otevřeně přiznat, že význam mise Gaia je mimořádný.

Černobílá mapa celé oblohy ukazuje hustotu koncentrace hvězd – čím je místo světlejší, tím více hvězd se tu nachází.
Zdroj: https://www.esa.int/

Díky ní jsme získali nebývale přesnou a podrobnou mapu Mléčné dráhy i skvělou představu o pohybech galaktických objektů. A nahlédli jsme i do více než 10 miliard let historie naší Galaxie.

Měření paralaxy u hvězd.
Zdroj: https://cdn.mos.cms.futurecdn.net/

Teleskop provádí přehlídky celé hvězdné oblohy během obletů kolem bodu L2 soustavy Slunce – Země. Měří při nich zdánlivý posun hvězd, tzv. paralaxu a to s dříve nepředstavitelnou přesností. Paralaxa se v astronomii používá k určování vzdáleností kosmických těles již několik století. Jde o úhel o nějž se těleso na obloze posune, když jej pozorujeme z okrajových bodů vhodně zvolené základny (například z různých míst na Zemi nebo z krajních bodů oběžné dráhy kolem Slunce).

Nejsnáze si lze paralaxu představit při pozorování objektů kolem nás střídavě levým a pravým okem. V tom případě vidíme posun objektu, a to tím výraznější, čím blíže leží pozorovaný předmět. V astronomii ovšem probíhá měření na výrazně větší vzdálenosti. Přesto umí Gaia naměřit paralaxu hvězd s přesností tisíciny obloukové vteřiny u slabších hvězd, a dokonce miliontiny obloukové vteřiny u hvězd jasnějších.

Tuto kompletní mapu oblohy tvoří 1,8 miliardy hvězd – údaje o pozici, jasu a barvě nasbírala sonda Gaia.
Zdroj: https://www.esa.int/

Tato měření dovolují s velkou přesností určit vzdálenosti hvězd v Mléčné dráze. To se Gaie již v minulých letech podařilo pro více než miliardu hvězd a nová data počet ještě navyšují. Gaia taktéž dokáže s vysokou přesností určit pohyby hvězd, a zásluhou spektroskopických měření i jejich radiální rychlosti. Pro 1,5 miliardy hvězd tak máme k dispozici data o poloze ve třech prostorových rozměrech, a také základní informace o pohybu.

Trajektorie na této mapě ukazují, jak se bude po obloze pohybovat 40 000 hvězd v příštích 400 000 letech. Všechny jsou blíže než 326 světelných let ke Slunci.
Zdroj: https://www.esa.int/

Údaje o poloze i pohybu ve všech třech dimenzích (tedy vlastně 6D data) získali vědci pro 882 milionů hvězd. To umožní mnohem lépe pochopit fungování a minulost naší Galaxie, rozlišení různých typů a skupin hvězd, nalezení případných exoplanet (předpokládá se v nalezení až několika tisíc exoplanet), hnědých trpaslíků obíhajících kolem jasnějších hvězd nebo určení toho, které hvězdy mohou pocházet z jiných galaxií.

Odkud pochází hvězdy?

Jedním z nejdůležitějších úkolů stelární astrofyziky je odhalit chemické složení hvězd. To nám může pomoci odhalit jejich původ a rovněž jejich další vývoj a pohyby v galaxii. Nově uvolněná data mise Gaia představují kromě jiného i nejrozsáhlejší chemickou mapu oblohy, která je navíc spojena i s pohybem jednotlivých těles. A tato mapa neobsahuje jen hvězdy z blízkého okolí Slunce, ale i ze vzdálenějších částí Mléčné dráhy, a dokonce také z některých blízkých trpasličích galaxií.

Chemická mapa oblohy. Každý bod představuje hvězdu. Modré body představují hvězdy vytvořené převážně z prvotního materiálu, naopak červené body ukazují na hvězdy s vysokým zastoupením těžším prvků. Povšimněte si výrazně vyššího zastoupení těchto hvězd poblíž centra Galaxie a v galaktické rovině.
Zdroj: https://www.esa.int/

Studium chemického složení hvězd je velmi zajímavé. Při nukleosyntéze velkého třesku totiž vznikly pouze lehké prvky, konkrétně vodík, helium a menší množství lithia. První existující hvězdy tak mohly obsahovat pouze tyto prvky. Všechny ostatní těžší prvky se tvořily teprve při pozdějších procesech ve hvězdách, případně v jejich pozdějších stádiích jako jsou rudí obři, bílí trpaslíci a neutronové hvězdy.

Umělecká představa srážky neutronových hvězd. Této události se také říká kilonova a je bohatým zdrojem některých velmi těžkých chemických prvků.
Zdroj: https://aasnova.org/

Při explozích supernov nebo srážkách neutronových hvězd se tyto prvky uvolňují do okolního prostoru. Čím rychleji se hvězdy tvoří a umírají, tím více těžších prvků obsahuje mezihvězdný prostor. Chemické složení hvězdy, respektive obsah prvků těžších než vodík a helium se dá s trochou nadsázky přirovnat ke kódu DNA, jelikož nám může napovědět hodně o původu a stáří hvězdy.

Gaia nám poodhalila, že v Mléčné dráze existují některé velmi staré hvězdy tvořené téměř výhradně jen prvotním materiálem, zatímco jiné, kupříkladu Slunce, disponují výrazně větším (byť stále jen stopovým) množstvím kovů. Platí přitom jednoduché pravidlo, že na kovy bohatší a tedy mladší hvězdy se nacházejí blíže středu Galaxie a více v její rovině. Starší, na kovy chudší hvězdy z dřívějších generací jsou naopak lokalizovány dále od středu i roviny Mléčné dráhy v galaktickém halu. Takové rozložení je poměrně logické. V rovině Galaxie a především nedaleko jádra se nachází více hvězd. Koncentruje se zde více materiálu a vznikají hmotnější hvězdy s rychlejším životním cyklem.

Červené kružnice vyznačují přibližný rozsah oblasti v níž se nachází hvězdy patřící dříve do cizí galaxie. Jedná se o satelitní trpasličí galaxii známou jako Herákles. Ta možná vypadala podobně jako Velký a Malý Magellanův oblak, které jsou vidět vpravo pod rovinou Mléčné dráhy.
Zdroj: https://skyandtelescope.org/

Čistě na základě chemického složení dokázala Gaia identifikovat některé hvězdy pocházející z jiných galaxií než je Mléčná dráha. Takové objekty pocházejí s velkou pravděpodobností ze satelitních trpasličích galaxií pohlcených naší Mléčnou dráhou. Zásluhou těchto nových údajů dokážou specialisté rekonstruovat historii kolizí naší Galaxie a doufají, že se jim podaří vystopovat i prvotní srážky z dávné minulosti.

„Tato rozmanitost je nesmírně důležitá, protože nám vypráví příběh formování naší Galaxie. Odhaluje procesy migrace uvnitř Galaxie a akreci z vnějších galaxií. Jasně také ukazuje, že naše Slunce a my všichni patříme do neustále se měnícího systému, který vznikl díky seskupení hvězd a plynů různého původu,“ komentovala Alejandra Recio-Blanco z francouzské Observatoire de la Côte d’Azur.

Jak staré jsou hvězdy?

S předchozím bodem velmi úzce souvisí i možnost preciznějšího určení stáří jednotlivých hvězd, které Gaia umožňuje vlivem velkého množství pozorovaných objektů a naměřených parametrů jako je teplota, hmotnost nebo chemické složení. Zpřesnění našich údajů je pro vědce dosti důležité, v tuto chvíli je bohužel v přesném určení stáří hvězd velká nejistota.

Mapa ukazující stáří hvězd v naší Galaxii. Červeně jsou vyznačeny staré hvězdy, modře naopak hvězdy mladé. Pro potřeby tohoto obrázku bylo náhodně vybráno 10 milionů hvězd. Trend je nicméně jasný. Opět si prosím povšimněte, že ve středu Mléčné dráhy a v galaktické rovině výrazně převyšují velmi mladé hvězdy.
Zdroj: https://www.cosmos.esa.int/

„Není vůbec neobvyklé mít rozsah delší než miliardu let,“ konstatuje astrofyzik Alessandro Savino z Kalifornské univerzity v Berkeley. Podobně velké chyby přitom ztěžují práci astrofyzikům a zejména kosmologům. Gaia nicméně přináší naději na změnu. „Můžeme zlepšit rozlišení našich hodin,“ konstatuje Savino.

Když se hvězdy třesou

Různé typy oscilací vyskytující se u hvězd. Tyto oscilační módy souvisí se vnitřní strukturou hvězdy. Jejich pozorováním se tedy lze dozvědět poměrně hodně o vnitřním prostředí tělesa.
Zdroj: https://www.quark.sk/

Podobně jako mohou otřesy Země nebo Marsu sloužit ke studiu struktury těchto kamenných planet, dají se využít rovněž otřesy Slunce a dalších hvězd. První náznaky se objevily na přelomu 60. a 70. let minulého století a díky velkému množství nových poznatků o Slunci je nyní helioseismologie poměrně bouřlivě se rozvíjející obor. Podobně je možné studovat i jiné hvězdy, v takovém případě hovoříme obecněji o asteroseismologii.

Otřesy Slunce dokáže detekovat množství přístrojů, mezi jinými také několik kosmických sond jako kupříkladu SOHO nebo SDO. Pozorování hvězdotřesení u vzdálenějších objektů je komplikovanější, i to však už kosmické observatoře v minulosti dokázaly. Že však bude takového výkonu schopná i Gaia odborníky velmi překvapilo. Observatoř k tomu nebyla konstruovaná, astrofyzici proto ani v nejoptimističtějších představách asteroseismologická pozorování neočekávali.

Již dříve Gaia pozorovala u některých hvězd tzv. radiální oscilace, při nichž hvězda periodicky zvětšuje a zmenšuje svůj objem, ale zachovává si svůj tvar. Radiální oscilace poměrně výrazně mění jasnost hvězdy a lze je proto snadno zaznamenat. Nově však observatoř našla taktéž tzv. neradiální oscilace, kdy na povrchu hvězdy dochází k drobným pohybům poněkud připomínajícím vlnění na vodní hladině. Tyto oscilace mírně mění tvar hvězdy, její jasnost však neovlivňují vůbec, popřípadě jen zanedbatelně. Jejich zachycení na velkou vzdálenost tudíž představuje obtížný problém.

Sonda detekovala neradiální oscilace u tisíců různých hvězd. Mezi nimi jsou i hvězdy, u nichž dřívější výzkumy žádná hvězdotřesení nedetekovaly. U některých hvězd by navíc ani podle současného stavu poznání žádné podobné otřesy vznikat neměly, přesto ale existují. „Hvězdotřesení nás mohou o hvězdách hodně naučit, zejména pak o jejich vnitřním fungování,“ prohlašuje belgická astronomka Conny Aerts z Katolické univerzity v Lovani, členka kolaborace Gaia. A dodává: „Gaia otevírá zlatý důl pro asteroseismologii masivních hvězd.“

Hvězdná dvojčata

Některé dvojhvězdy v naší Galaxii, jak je vidí observatoř Gaia.
Zdroj: https://3iom3142cnb81rlnt6w4mtlr-wpengine.netdna-ssl.com/

Naše Slunce nemá žádného hvězdného společníka, pokud tedy opomeneme divoké, a hlavně velmi nepravděpodobné spekulace o hvězdě Nemesis. Nicméně značná část jiných hvězd existuje ve vícenásobných systémech. Ty sice mohou obsahovat více než dvě tělesa, ale zdaleka nejběžnější jsou binární systémy, kdy dvojice hvězd obíhá kolem hmotného středu soustavy.

Právě zveřejněná data obsahují katalog 813 000 takovýchto binárních systémů. Astronomové mají tyto soustavy rádi, neboť nám mohou prozradit mnoho o vzniku, vývoji a fungování hvězd. Zvláštní kategorii potom tvoří zákrytové dvojhvězdy, tedy systémy ležící vůči nám ve vhodném postavení, kdy hvězdy procházejí jedna před druhou a dochází tak ke vzájemným zákrytům.

Zákrytové dvojhvězdy jsou extrémně užitečné, jelikož vědcům dovolují přesné naměření základních fyzikálních vlastností obou složek systému, jako jsou hmotnost, průměr, vzdálenost a podobně. Díky tomu můžeme získat mnohem více informací než u jednotlivých samostatných hvězd.

Planetky – náš původ a naše budoucnost

Pozice 156 000 asteroidů dne 13. června 2022. Trajektorie znázorňují jejich pohyb za posledních 10 dní. Různé barvy znázorňují skupiny asteroidů. Modrá označuje objekty vnitřní Sluneční soustavy, zelená tělesa hlavního pásu planetek mezi Marsem a Jupiterem a oranžová trojány Jupiteru.
Zdroj: https://www.dlr.de/

Gaia není užitečná jen pro studium vzdálených hvězd, ale může nám povědět hodně i o naší vlastní Sluneční soustavě. Astronomy třeba už dlouho enormně zajímá pás asteroidů nacházející se mezi planetami Mars a Jupiter. Tato oblast je ovšem pásem či seskupením spíše ve velmi volném smyslu. Rozhodně si nepředstavujte, že se zde planetky vyskytují v podobné hustotě jako ve sci-fi filmech. Ve skutečnosti jsou mezi jednotlivými tělesy obrovské rozestupy v řádu stovek tisíc i milionů kilometrů.

Studium těles v této oblasti představuje klíčový díl skládačky v pochopení historie našeho planetárního systému. V dávné historii, před 4,6 miliardami let, když Sluneční soustava právě vznikala, se z původního mezihvězdného mračna zformovalo Slunce a také zárodky planet tzv. planetesimály. Těch vzniklo mnohem více než je dnešní počet planet. Některé se srazily a spojily do větších těles, jiné se rozbily a jejich pozůstatky můžeme dodnes pozorovat mimo jiné právě v hlavním pásu planetek mezi Marsem a Jupiterem.

Oběžné dráhy více než 150 000 asteroidů.
Zdroj: https://storage.googleapis.com/

Jestliže tedy vědci znají podrobné informace o jednotlivých součástech pásu asteroidů, mohou se pokusit podívat do dávnější minulosti, v některých případech dokonce vypátrat jejich původ a nahlédnout tak až do okamžiku formování Sluneční soustavy.  A právě v tom může výrazně pomoci observatoř Gaia. Nový balíček dat totiž obsahuje pozorování 156 000 známých asteroidů, z nichž u více než 60 000 máme i podrobnější měření. Pro vědce věnující se historii našeho planetárního systému je důležité znát zejména jejich chemické složení, jež je může dovést až do dávné minulosti a v ideálním případě též určit těleso, z nějž vznikly.

I tady je Gaia obdivuhodně úspěšná. Až dosud odborníci disponovali podrobnými daty o asi 10 000 planetkách, nyní mají možnost prozkoumat katalog o šestkrát větším počtu položek. „Můžeme se vrátit v čase a pokusit se porozumět celému formování a vývoji Sluneční soustavy. To je něco obrovského, na co jsme před Gaiou nemohli ani pomyslet,“ prohlásila astrofyzička Federica Spoto z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics v americkém státu Massachusetts.

Krásný snímek ukazuje trajektorie některých asteroidů v prostoru.
Zdroj: https://www.esa.int/

Nejde nicméně jen o minulost, ale i o budoucnost. V okolí Země se totiž stále pohybují nebezpečná tělesa, jež by při srážce se Zemí mohla způsobit lidstvu nebo i mnohobuněčnému životu velké potíže. S tím, jak se naše civilizace stává čím dál bohatší a vyspělejší, roste i vliv světelného znečištění, a proto je stále obtížnější potenciálně nebezpečné objekty odhalit. Kromě toho některé z těchto planetek mohou přiletět ve směru od Slunce, takže jsou ze Země velmi těžko pozorovatelné. Jak vědci očekávají, právě asteroidy obíhající Slunce v poměrně těsné blízkosti pomůže Gaia rovněž odhalit. „Poznáme lépe naše vesmírné sousedství,“ komentoval Thomas Burbine, planetolog z Mount Holyoke College nacházející se v Massachusetts v USA.

Ale co více, Gaia je dokonce schopná najít (byť ne přímo pozorovat) malé měsíčky obíhající kolem větších asteroidů. Pomáhá jí k tomu kolísání polohy větších objektů způsobené vlivem gravitace měsíců. Prozatím víme, že data obsahují nejméně jeden nově nalezený měsíc planetky, avšak může jich být i větší množství. Také tato pozorování mohou pomoci odhalit tajemství rané Sluneční soustavy.

Jak se vyvíjí Mléčná dráha? 

Rozměry a struktura Mléčné dráhy. Popsána jsou nejdůležitější spirální ramena.
Zdroj: https://www.researchgate.net/

Naše Galaxie se nám možná může zdát stálá, v řádu miliard let se ovšem mění velmi výrazně. Třeba už tím, že v minulosti pohltila řadu menších trpasličích galaxií a některé možná dokonce pohlcuje v současnosti. Této problematice se věnuje řada studií, nicméně teoretické předpovědi až dosud ani vzdáleně neodpovídaly reálným pozorováním. Proto jsou tyto výzkumy dosti kontroverzní.

Nicméně Gaia by mohla do tohoto problému vznést světlo. Zásadní pro pochopení vývoje Mléčné dráhy je pochopení galaktických struktur a stanovení jejich stáří. A zde přichází na scénu Gaia, jež dokáže určit chemické složení hvězd a poskytnout informace o jejich pohybu v prostoru i čase. Nový katalog obsahuje 33 milionů hvězd s dostatečně přesným určením pohybu ve třech dimenzích, jež jsou vhodné k výzkumu v této oblasti.

Galaxie Mléčná dráha, jak ji vidí Gaia. Čtverce ukazují umístění kulových hvězdokup, trojúhelníky představují satelitní galaxie a seskupení teček hvězdné proudy. Fialové objekty znázorňují pozůstatky satelitní galaxie Pontus, kterou pohltila naše Mléčná dráha.
Zdroj: https://www.esa.int/

Detailní pochopení historie naší Galaxie nám potom může pomoci rovněž při studiu jiných vzdálenějších galaxií. A protože většinu běžné viditelné hmoty ve vesmíru obsahují právě galaxie, porozumění jejich vývoji nám výrazně rozšíří možnosti i při výzkumu velkorozměrových struktur vesmíru nebo temné hmoty, záhadné substance, které je v našem kosmu asi desetkrát větší množství než standardní hmoty.

Cizí hvězdné ostrovy a nejzářivější objekty ve vesmíru

Modré body představují hvězdy, které Gaia identifikovala jako součást galaxie M31. Světle modrá šipka ukazuje vlastní pohyb M31 vzhledem k Mléčné dráze. Střed galaxie M31 se posune o délku modré šipky asi za 80 milionů let. Černé šipky znázorňují směr a rychlost rotace galaxie v Andromedě, zatímco. čárkovaná elipsa vymezuje její přibližný uvažovaný rozsah.
Zdroj: https://astro.unistra.fr/

Další oblastí, kde může Gaia astronomům významně usnadnit práci je výzkum extragalaktických objektů. Řekli jsme si, že zveřejněný katalog zahrnuje asi 1,8 miliardy hvězd. Podle nejnovějších studií obsahuje Mléčná dráha asi 200 miliard hvězd, Gaia tedy dosud pozorovala zhruba 1 % hvězd Galaxie.

Zaznamenané hvězdy ovšem nepatří jen do Mléčné dráhy, ale také do slavné galaxie M31 v Andromedě. Tato velká spirální galaxie je pravděpodobně největším zástupcem místní skupiny galaxií. Přesný počet hvězd M31 není znám, odhady se však pohybují mezi 200 a 400 miliardami, extrémní hodnoty až kolem bilionu, tedy 1 000 miliard. Speciální fotometrický průzkum zde detekoval asi 1,2 milionu hvězd. To sice není ani zdaleka takové množství jako v naší Galaxii, nicméně by se tím mělo pokrýt asi 1 % z největších a nejjasnějších hvězd v M31.

Velká galaxie M31 v Andromedě vyfotografovaná observatoří Gaia.
Zdroj: https://cdn.sci.esa.int/

Astronomy v tomto případě zajímá zejména zářivý výkon těchto hvězd a jeho změny v průběhu času. Díky tomu budeme vědět v jaké fázi svého životního cyklu se hmotné a jasné hvězdy v M31 nachází. Tyto informace lze následně využít mimo jiné při studiu starých hvězd v naší Galaxii, konkrétně hvězd na v závěrečné fázi svého života, jež se již blíží zániku ve formě supernovy.

Od masivních hvězd se můžeme posunout k dalším objektům lokalizovaným mimo Mléčnou dráhu. Tentokrát nás však cesta zavede daleko, až k extrémně vzdáleným kvasarům. Kvasary jsou objekty s velkým zářivým výkonem připomínající hvězdy (od toho název kvasar – kvazi stelární objekt). Ve skutečnosti jde ovšem o aktivní galaktická jádra tvořená supermasivní černou dírou, do níž padá okolní materiál. Přesný mechanismus fungování kvasarů je nad rámec tohoto textu, spokojíme se proto jen s informací, že v akrečním disku černé díry probíhají procesy, které zajišťují, že kvasary vydávají extrémní množství energie a patří k nejzářivějším objektům ve vesmíru.

Všech 6,6 milionů kandidátů na kvasary v jediné mapě.
Zdroj: https://www.cosmos.esa.int/

Kvasary je tedy možné spatřit i na opravdu nesmírně velké vzdálenosti miliard světelných let, a dokonce mnohé z nejvzdálenějších pozorovaných objektů jsou právě kvasary. Až dosud jsme znali asi 750 000 kvasarů. Nová data z mise Gaia ovšem zahrnují celých 1 100 000 kvasarů a dalších 6,6 milionů kandidátských objektů. Naše statistika se tedy významným způsobem rozšířila.

Podmnožina kandidátů na kvasar. Vybrány byly pouze ty objekty u nichž je vysoká pravděpodobnost, že jde skutečně o kvasary.
Zdroj: https://www.cosmos.esa.int/

Precizní měření kvasarů je mimořádně důležité pro kosmologii. Přesněji pro správné určení vzdáleností až do nejvíce odlehlých částí pozorovatelné části kosmu. To nám potom umožní stanovit přesnou rychlost expanze prostoročasu. V tuto chvíli sice víme, že se vesmír rozpíná, a dokonce i to, že rychlost expanze posledních několik miliard let roste, jenže správnou velikost Hubbleova parametru, jenž určuje, jak rychle se vesmír rozpíná dosud bohužel neznáme.

Několik kvasarů zachycených observatoří Gaia jakožto čočkované objekty v gravitačních čočkách. 
Zdroj: https://cdn.sci.esa.int/

Pozorování sondy Planck uskutečněné na počátku minulého desetiletí určuje hodnotu Hubbleova parametru na 67,4 (km/s)/Mpc. Avšak astronomové studující pulsující proměnné hvězdy v nedalekých galaxiích naměřili rovných 73,4 (km/s)/Mpc. Tato čísla sice nejsou zásadně odlišná, oba výzkumy jsou však velmi přesné, nesoulad mezi nimi proto odborníky poněkud zaráží. V budoucnu by totiž mohl v kosmologii způsobit jisté obtíže, byť není příliš pravděpodobné, že bychom museli od základu měnit náš model vzniku a vývoje vesmíru. Pokud jde o možné řešení, tápeme prozatím ve tmách, ale také u tohoto problému by mohla observatoř Gaia výrazně pomoci v nalezení správného řešení či alespoň nadějné cesty k dalšímu výzkumu.

Závěr

Zveřejnění nových dat z observatoře Gaia oprávněně přilákalo pozornost drtivé většiny odborné komunity. Nový katalog obsahuje přehršel zajímavých informací, které už výzkum v různých oblastech posunuly značně kupředu nebo alespoň mají potenciál způsobit výraznou změnu. Ovšem to nejlepší možná ještě přijde při pozdějším podrobnějším rozboru dat nebo se zveřejněním dalších balíčků dat za několik let.

Gaia totiž není jednostranně zaměřená mise, která by už splnila svůj úkol, a jen by zpřesňovala pozorování. Jde naopak o misi průzkumnou a přehlídkovou, která sbírá obrovská kvanta údajů a jejím cílem je sledovat pohyby miliard a miliard objektů všech možných velikostí i druhů. A to je s přibývajícím časem, jak roste množství napozorovaných dat, stále jednodušší. Navíc roste též získaná statistika, Gaia má proto možnost učinit objevy, jež by jiné mise s užším zaměřením minuly. Lze proto důvodně předpokládat, že nejzajímavější objevy nás teprve čekají.

Poznámka autora

Za kontrolu textu a užitečné poznámky k obsahu, i přes doslova šibeniční termín, velice děkuji své kolegyni z Českého klubu skeptiků Sisyfos Jeleně Lence Příplatové. Všechny nalezené chyby však pochopitelně padají plně na mou hlavu.

Použité a doporučené zdroje

• ESA Gaia: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Gaia
• Sky & Telescope: https://skyandtelescope.org/
• Science News: https://www.sciencenews.org/
  
• Research Gate: https://www.researchgate.net/
• Universe Today: https://www.universetoday.com/

Zdroje obrázků

• https://gaia-mission.cnes.fr/sites/default/files/styles/large/public/drupal/201507/image/bpc_gaia-illustration_p44224.jpg?itok=P-yzxcYO
• https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2002/02/hipparcos_testing/9169538-5-eng-GB/Hipparcos_testing_pillars.jpg
• https://pbs.twimg.com/media/Bb29-EiCAAAs9zX.jpg:large
• https://skyandtelescope.org/wp-content/uploads/Gaia_Milky_Way_stars-849×600.jpg
• https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2022/06/gaia_s_milky_way_in_motion/24305522-1-eng-GB/Gaia_s_Milky_Way_in_motion_pillars.png
• https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2020/12/the_density_of_stars_from_gaia_s_early_data_release_32/22358886-1-eng-GB/The_density_of_stars_from_Gaia_s_Early_Data_Release_3.png
• https://cdn.mos.cms.futurecdn.net/se4zHDiwnrQn5zHttUAAbK.jpg
• https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2020/12/the_colour_of_the_sky_from_gaia_s_early_data_release_3/22358050-1-eng-GB/The_colour_of_the_sky_from_Gaia_s_Early_Data_Release_3.png
• https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2020/12/gaia_s_stellar_motion_for_the_next_400_thousand_years/22358009-1-eng-GB/Gaia_s_stellar_motion_for_the_next_400_thousand_years.png
• https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2022/06/gaia_s_chemical_map_of_the_milky_way/24305657-1-eng-GB/Gaia_s_chemical_map_of_the_Milky_Way.png
• https://aasnova.org/wp-content/uploads/2018/04/fig1-3.jpg
• https://skyandtelescope.org/wp-content/uploads/Side-view-Heracles.jpg
• https://www.cosmos.esa.int/documents/29201/9005040/c9outr126-skymap-ages-seismic_hp7_colorlabel_1000.png/399f14ff-169c-50f3-b265-7dad5315e76c?t=1655056599082
• https://www.quark.sk/wp-content/uploads/2017/02/20-asteroseismology.jpg
• https://3iom3142cnb81rlnt6w4mtlr-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2022/06/256958_web.jpg
• https://www.dlr.de/content/en/images/2022/02/gaia-asteroid-locations.jpg?__blob=normal&v=4__ifc1920w
• https://storage.googleapis.com/article-contents/media/2022/06/7b8e5212-asteroids_in_gaia_data_release_3-1021×1024.png
• https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/videos/2022/06/asteroid_populations_in_gaia_data_release_3/24300854-1-eng-GB/Asteroid_populations_in_Gaia_data_release_3_pillars.jpg
• https://www.researchgate.net/profile/Ian-Crawford-2/publication/310901793/figure/fig1/AS:437299021389824@1481271619097/A-recent-reconstruction-of-the-structure-of-the-Milky-Way-Galaxy-Churchwell-et-al_Q640.jpg
• https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2022/02/gaia_reveals_a_new_member_of_the_milky_way_family/23954169-1-eng-GB/Gaia_reveals_a_new_member_of_the_Milky_Way_family_pillars.jpg
• https://astro.unistra.fr/wp-content/uploads/2021/10/PR_salomon_m31blue-1024×952.jpg
• https://cdn.sci.esa.int/documents/33580/35361/1567214509424-Gaia_M31_composite_625.jpg
• https://www.cosmos.esa.int/documents/29201/9003055/allQSOs-result_7_hires.png/60280217-5ef3-3d79-c4a5-41e5586a6e7a?t=1655045142396
• https://www.cosmos.esa.int/documents/29201/9003055/pureQSO-result_7_hires.png/e32f5da5-1c89-e564-6884-8366f855e839?t=1655045131510
• https://cdn.sci.esa.int/documents/33580/35361/Gaia_12_Einstein_crosses_625.jpg