Vyvrátil Webbův dalekohled teorii velkého třesku?

Na snímku je oblast oblohy, jak se vyjádřil Bill Nelson, šéf NASA, velká asi jako zrnko písku, když jej podržíme na natažené ruce. Přesto je zde nepřeberné množství velmi vzdálených galaxií. A gravitace těchto galaxií zobrazuje ještě mnohem starší světlo galaxií za ní. Hvězd, které vznikly krátce po velkém třesku. Credit: NASA/ESA, zdroj: nasa.gov

V úterý 12. července jsme se konečně dočkali. Americký prezident Joe Biden zveřejnil první fotografii pořízenou Webbovým dalekohledem. O den později došlo k uvolnění dalších čtyř snímků, v odborné komunitě však vyvolal největší poprask první snímek hlubokého pole na pozadí bližší čočkující kupy galaxií. K tomu došlo až o pár dní později, když vyšlo najevo, že astronomové na snímku rozpoznali několik desítek raných galaxií s neobvykle vysokým rudým posuvem. Posléze vědci odhalili další detekce ještě vzdálenějších galaxií, u nichž se navíc ukázalo, že jsou vyvinuté více než by v tak mladém vesmíru mělo být možné. Zvláště v alternativních kruzích se proto začaly objevovat senzační zprávy, které hlásaly, že Webbův dalekohled vyvrátil teorii velkého třesku. Je tomu ale skutečně tak?

Teorie velkého třesku

Známé sousouší Tychona Brahe a Johannese Keplera v Praze na Pohořelci.

Známé sousouší Tychona Brahe a Johannese Keplera v Praze na Pohořelci.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Kosmologií se lidstvo v jisté formě zabývalo už před mnoha tisíciletími, protože naše předky vždy zajímalo odkud přišli a jak svět vznikl. Tehdy však šlo především o představy mytologické a náboženské. Až v antice se postupem času začaly více prosazovat i myšlenky vědecké, které potom definitivně zvítězily s nástupem moderní vědy v 16. a 17. století zásluhou takových velikánů, jakými byli Mikuláš Koperník, Johannes Kepler, Galileo Galilei nebo Isaac Newton.

Ve dvacátých letech minulého století se po relativistické revoluci rozvinula fyzika natolik, že bylo možné vytvořit první moderní představy o vzniku a vývoji vesmíru. Tehdy se zrodila teorie velkého třesku, byť sám název velký třesk je pozdější, pochází až z konce 40. let od Freda Hoylea. Jeden z praotců myšlenky, belgický fyzik a katolický kněz Georges Lemaître původně hovořil o kosmickém atomu či vejci, čímž mínil horký hustý stav na samém počátku vesmíru. Právě tento horký a hustý počátek dnes označujeme pojmem velký třesk.

Populární zobrazení ΛCDM modelu.

Populární zobrazení ΛCDM modelu.
Zdroj: https://www.universetoday.com/

Později se teorie významně rozvinula zejména díky vysvětlení primární nukleosyntézy z roku 1957, objevu reliktního záření z roku 1964 a rozlišení jeho parametrů z počátku 90. let. Významnou roli sehrálo rovněž definitivní potvrzení existence temné hmoty z přelomu 60. a 70. let a konečně objevu temné energie z roku 1998. V té době nabyla teorie dnešní podoby známé jako standardní kosmologický model.

Parametrizací standardního modelu je potom model ΛCDM. Symbol Λ, tedy řecké písmeno lambda, zde označuje kosmologickou konstantu související se záhadnou temnou energií, která tvoří 68 % hmoty – energie vesmíru. CDM potom znamená „cold dark matter“, chladnou temnou hmotu, tajemné (pravděpodobně) částice tvořící 27 % hmoty – energie vesmíru. Pouze zbylých 5 % zabírá běžná baryonová hmota, kam spadají atomy, hvězdy, planety a všechno co pozorujeme kolem nás.

Doklady teorie velkého třesku

Díky moderním astronomickým přístrojům, jak na Zemi, tak v kosmickém prostoru máme k dispozici celou řadu dosti solidních důkazů, které značí, že teorie velkého třesku je tou správnou teorií vzniku vesmíru. Pojďme se na ně ve stručnosti společně podívat.

Hubbleův parametr již dnes dokážeme měřit dosti přesně, například díky supernovám typu Ia.

Hubbleův parametr již dnes dokážeme měřit dosti přesně, například díky supernovám typu Ia.
Zdroj: https://imageio.forbes.com/

Prvním důkazem velkého třesku, který byl znám již ve 20. letech minulého století je Hubbleův- Lemaîtrův zákon, který nám říká, že rychlost vzdalování objektů ve vesmíru záleží na jejich vzdálenosti od nás. Čím vzdálenější objekt (třeba galaxie), tím se od nás vzdaluje rychleji. Míru tohoto vzdalování určuje parametr známý jako Hubbleova konstanta. Hubbleův – Lemaîtrův zákon pochopitelně platí pouze pro objekty, které od nás leží dostatečně daleko. Neplatí tedy na úrovni naší Sluneční soustavy, Galaxie a Místní skupiny galaxií, které drží pohromadě gravitace.

Tento zákon předpověděli už v roce 1922, respektive 1927 z rovnic obecné relativity Alexander Friedman a Georges Lemaître. Pozorováním jej potvrdil v roce 1929 Edwin Hubble. Ačkoliv některé náznaky existovaly již dříve, astronomové je nedokázali správně interpretovat. Hubble našel u vzdálených galaxií tzv. rudý posuv, tedy prodloužení vlnové délky na straně přijímače. Když vidíme nějaký vzdálený objekt, jeho záření se oproti standardnímu očekávanému stavu posouvá více do červené části spektra, a to tím více, čím je objekt vzdálenější.

Vlevo Georges Lemaître, vpravo Edwin Hubble

Vlevo Georges Lemaître, vpravo Edwin Hubble
Zdroj: https://www.cieletespace.fr/

Rudý posuv se dá chápat jako Dopplerovský posun objektů vzdalujících se od nás, ve skutečnosti je ale kosmologický rudý posuv způsoben spíše rozepnutím prostoročasu mezi okamžikem vyzáření světla a okamžikem jeho zachycení našimi přístroji. Hubbleův – Lemaîtrův zákon značí, že v minulosti musel být vesmír menší a z rudého posuvu lze dokonce (alespoň v principu) určit okamžik, kdy byly všechny objekty na jednom místě, jinými slovy okamžik vzniku našeho vesmíru.

Druhým důkazem velkého třesku je existence reliktního záření. To poprvé pozorovali Američané Arno Penzias a Robert Wilson v roce 1964 a potvrdili tím teoretickou předpověď z konce 40. let. Trojice vědců (a později nezávisle i několik dalších týmů) tehdy předpokládala, že po velkém třesku zůstaly dodnes v kosmickém prostoru přítomny nějaké pozůstatky.

Reliktní záření, tak jak jej v roce 1965 viděli Penzias a Wilson. Světlý pruh uprostřed je pás naší Galaxie.

Reliktní záření, tak jak jej v roce 1965 viděli Penzias a Wilson. Světlý pruh uprostřed je pás naší Galaxie.
Zdroj: https://astronomy.com/

Konkrétně mělo jít o elektromagnetické záření, které bylo v okamžiku oddělení od látky ve viditelné části spektra, s rozpínáním prostoročasu se však posunulo k delším vlnovým délkám a dnes je pozorovatelné na pomezí vzdáleného infračerveného a mikrovlnného záření. Právě v oblasti mikrovln pracovali jeho objevitelé Penzias s Wilsonem.

Mapa reliktního záření pořízená sondou Planck

Mapa reliktního záření pořízená sondou Planck
Zdroj: https://www.esa.int/

Následujících několik desetiletí fyzikové reliktní záření velmi intenzivně zkoumali. Zjistili, že jeho teplota dnes odpovídá 2,725 K, spektrum reliktního záření se ve všech směrech dokonale shoduje se spektrem záření absolutně černého tělesa a reliktní záření je neuvěřitelně homogenní a izotropní. Poslední rozptyl reliktního záření nastal asi 380 000 let po vzniku vesmíru, od té doby je prostoročas pro elektromagnetické záření průhledný.

Nukleosyntéza velkého třesku stvořila jen několik málo jader chemických prvků. Kromě běžného vodíku ještě deuterium, helium-3, helium-4, lithium-7 a stopové množství několika dalších izotopů.

Nukleosyntéza velkého třesku stvořila jen několik málo jader chemických prvků. Kromě běžného vodíku ještě deuterium, helium-3, helium-4, lithium-7 a stopové množství několika dalších izotopů.
Zdroj: https://w.astro.berkeley.edu/

Třetím důkazem velkého třesku je zastoupení primárních chemických prvků. Některé z nich vznikly už na samém počátku, tzv. primární nukleosyntézou. Většina chemických prvků a jejich izotopů (různé verze stejného prvku s totožným počtem protonů, ale rozdílným počtem neutronů) vznikla až mnohem později ve hvězdách, při výbuších supernov a dalších procesech,

Největší zastoupení měl a má pochopitelně běžný vodík, tedy jediný proton s jediným elektronem, avšak na počátku existence kosmu vznikla i jádra těžšího izotopu vodíku deuteria, obou stabilních izotopů helia 3He a 4He, lithia 7Li a velmi malého množství dalších izotopů. Přesnou koncentraci jejich jader ve srovnání s počtem jader vodíku lze z modelu velkého třesku snadno určit. Závisí totiž pouze na poměru fotonů k baryonům (částice složené ze tří kvarků – zejména protony a neutrony). Zastoupení těžších prvků umíme také nezávisle určit z fluktuací reliktního záření.

Periodická tabulka prvků podle způsobu jejich tvorby. Modrá ukazuje primární nukleosyntézu velkého třesku, prvky vznikající díky kosmickému záření jsou naznačeny červeně. Povšimněte si, že řada prvků se v přírodě tvoří nejméně dvěma způsoby, tabulka ukazuje i přibližný poměr mezi jednotlivými cestami. Pochopitelně nejsou ukázány těžší prvky, které vznikají (téměř) výhradně uměle.

Periodická tabulka prvků podle způsobu jejich tvorby. Modrá ukazuje primární nukleosyntézu velkého třesku, prvky vznikající díky kosmickému záření jsou naznačeny červeně. Povšimněte si, že řada prvků se v přírodě tvoří nejméně dvěma způsoby, tabulka ukazuje i přibližný poměr mezi jednotlivými cestami. Pochopitelně nejsou ukázány těžší prvky, které vznikají (téměř) výhradně uměle.
Zdroj: https://science.nasa.gov/

Naměřené hodnoty vcelku dobře souhlasí s teoretickou předpovědí. U deuteria 2H je shoda skvělá, u helia 4He velmi dobrá, zatímco pro lithium 7Li je rozdíl mezi předpovědí a měřením dvojnásobný. Proto někdy hovoříme o kosmologickém problému lithia. Nutno ovšem podotknout, že chyba měření je zde poměrně velká. Ať tak či onak, alespoň přibližná shoda pro všechny izotopy je silný doklad pro velký třesk. Neexistuje žádný jiný známý model, který by mohl vysvětlit právě takovéto zastoupení prvků v raném vesmíru nebo jejich vzájemný poměr.

Evoluce spirálních galaxií.

Evoluce spirálních galaxií.
Zdroj: https://www.mpia.de/

Čtvrtým důkazem velkého třesku je evoluce a zastoupení galaxií. Když se díváme do vzdálených končin našeho vesmíru, vidíme dosti odlišný pohled od našeho okolí. V nejstarší éře po oddělení reliktního záření se žádné galaxie nenachází. O něco později spatříme zárodky prvních galaxií nebo velmi mladé galaxie a čím blíže k nám se díváme, tím více se objekty ve vesmíru začínají podobat našemu nejbližšímu okolí.

Galaxie totiž neexistovaly ve vesmíru od samého počátku, ale v prvních desítkách milionů let se nejdříve postupně tvořily jejich zárodky, poté první galaxie a také celé kupy a nadkupy galaxií. V té době navíc existovaly i první populace hvězd dosti odlišné od populace současné, takže vzdálené galaxie jsou celkově velmi rozdílné od galaxií v našem okolí. Navíc galaxie vzniklé z kosmologického pohledu nedávno se výrazně liší od starých galaxií ve stejné vzdálenosti.

Tento obrázek poměrně hezky ukazuje evoluci galaxií společně s vývojem vesmíru.

Tento obrázek poměrně hezky ukazuje evoluci galaxií společně s vývojem vesmíru.
Zdroj: https://astro.uni-bonn.de/

Pozorování vývoje a rozložení galaxií v čase a prostoru, jakož i vývoj a rozložení kvasarů (aktivních galaktických jader) či kup a nadkup galaxií výborně souhlasí s numerickými simulacemi. Představuje proto silný doklad pro velký třesk a naopak zásadní argument proti alternativním modelům.

Simulace ukazuje primordiální plyn, který zásobuje hmotou jednu z narůstajících galaxií.

Simulace ukazuje primordiální plyn, který zásobuje hmotou jednu z narůstajících galaxií.
Zdroj: https://news.ucsc.edu/

Pátým důkazem velkého třesku jsou mračna primordiálního plynu. Velmi dlouho se dařilo detekovat jen objekty, v nichž jsme naměřili alespoň malé zastoupení těžších prvků jako je uhlík, kyslík nebo křemík. A to včetně velmi vzdálených galaxií a kvasarů nebo extrémně starých hvězd.

V roce 2011 se však astronomům podařilo detekovat ve velmi vzdálených kvasarech několik mračen plynu, u nichž nedokázali spektrální analýzou žádné těžší prvky odhalit a to ani ty, které se tvoří jadernou fúzí ve hvězdách jako je právě uhlík, kyslík a křemík. Existuje proto nemalá šance, že se tato mračna vytvořila krátce po vzniku vesmíru z primordiálního materiálu. A to zřejmě dokonce v prvních několika minutách života kosmu během primární nukleosyntézy.

Svým dílem přispěly do mozaiky důkazů teorie velkého třesku i všechny tři hlavní sondy zkoumající reliktní záření.

Svým dílem přispěly do mozaiky důkazů teorie velkého třesku i všechny tři hlavní sondy zkoumající reliktní záření.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Šestým důkazem velkého třesku je shoda různých metod v určení stáří vesmíru. Pokud vás zajímá evoluční biologie, můžete se setkat s tvrzením, že největší důkaz evoluce představuje skutečnost, že se zcela odlišné a vzájemně nezávislé metody shodují. Při určení věku kosmu je to obdobné.

Velmi přesně spolu souhlasí hodnoty stanovené pomocí reliktního záření i skrze kosmologický rudý posuv. Také pokusy o datování nejstarších hvězd a kulových hvězdokup dávají výsledky, jež jsou s ostatními metodami plně kompatibilní.

Nejvzdálenější galaxie a nová pozorování Webbu

Data ze spekter čtyř velmi vzdálených galaxií.

Data ze spekter čtyř velmi vzdálených galaxií.
Zdroj: https://cdn.esawebb.org/

Vraťme se ještě k úplně prvnímu snímku Webbova dalekohledu, na němž je galaktická kupa SMACS J0723.3–7327, která slouží jako galaktická čočka. Zesiluje tedy světlo vzdálených galaxií a kvasarů, na pozadí tedy vidíme množství objektů velmi hlubokého vesmíru. Ostatně, pro podobné snímky se vžil název hluboké (nebo ultra hluboké) pole. Toto konkrétní se nachází na jižní hvězdné obloze ve směru souhvězdí Létající ryby.

Samotná kupa SMACS J0723.3–7327 je vzdálená asi 4,6 miliardy světelných let, výrazně zajímavější jsou ovšem čočkované objekty hlubokého vesmíru. Už několik dní po uveřejnění samotné fotky sdělili vědci také informaci, že se na snímku nachází také několik extrémně vzdálených galaxií. Dvě z nich jsou dokonce více než 13 miliard světelných let daleko, přesněji řečeno jedna se nachází přesně 13 miliard světelných let od nás, zatímco druhá 13,1 miliardy světelných let. Později publikovali experti práci, kde identifikují 88 kandidátů na galaxie s rudým posuvem 11 – 20 a vzdáleností 13,38 – 13,62 miliardy světelných let.

Nejstarší známá galaxie GN-z11 nacházející se v souhvězdí Velké Medvědice

Nejstarší známá galaxie GN-z11 nacházející se v souhvězdí Velké Medvědice
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Dosud rekordní potvrzená galaxie GN-z11 leží asi 13,4 miliardy světelných let daleko a její rudý posuv je roven 11,1. Ten byl určen nejprve fotometricky, tedy metodou měřící jasnost vzdálených objektů. Později se podařilo rudý posuv potvrdit i mnohem přesnější spektroskopickou technikou, kdy se měří přímo konkrétní spektrální čáry daného objektu. GN-z11 je nejvzdálenějším objektem, u nějž je rudý posuv určen dosti spolehlivě.

Kandidátská galaxie HD1.

Kandidátská galaxie HD1.
Zdroj: https://www.reuters.com/

V dubnu letošního roku byl zveřejněn objev další vzdálené galaxie nazvané HD1. Stejně jako GN-z11 ji zachytil Hubbleův dalekohled. Leží ve směru souhvězdí Sextantu a podle fotometrie vykazuje rudý posuv přibližně 13,2, čemuž odpovídá vzdálenost 13,46 miliardy světelných let. U ní se, ale na rozdíl od GN-z11 nepodařilo dosud potvrdit rudý posuv také spektroskopickou metodou. Proto musíme prozatím brát tento objekt pouze jako kandidáta na jednu z nejvzdálenějších galaxií, nikoliv jako potvrzenou skutečnost.

Detail galaxie GLASS-z13.

Detail galaxie GLASS-z13.
Zdroj: https://universemagazine.com/

A v červenci se podařilo získat také další cenné údaje z Webbova dalekohledu, který ve směru souhvězdí Sochaře na jižní obloze pozoroval dvě extrémně vzdálené galaxie. První z nich GLASS-z11 vykazuje zhruba stejně velký rudý posuv jako dosud rekordní GN-z11, čemuž odpovídá vzdálenost 13,4 miliardy světelných let. U druhého objektu GLASS-z13 zjistili odborníci dokonce rudý posuv 13,1 a vzdálenost 13,46 miliardy světelných let.

Na konci července zveřejnil vědecký tým stojící za jedním z přehlídkových pozorovacích programů CEERS (Cosmisc Evolution Early Release Science Survey) objev další vzdálené galaxie u níž změřili fotometricky rudý posuv 11,8. Přítomna tedy byla ve vesmíru starém o něco méně než 400 milionů let. Zajímavé je, že ji dokázaly zachytit jak Webbův, tak Hubbleův teleskop. Vědci pojmenovali tento objekt Maisie podle dcery vedoucího projektu Steva Finkelsteina.

Galaxie Maisie na snímku z přístroje NIRCam.

Galaxie Maisie na snímku z přístroje NIRCam.
Zdroj: https://cdn.sci.news/

Všechny tyto extrémně vzdálené galaxie, GN-z11, GLASS-z11, GLASS-z13 a Maisie se zdají být dosti podobné. Ve srovnání s Mléčnou dráhou mají jen zlomek hmotnosti i velikosti, tvorba nových hvězd v nich však probíhá výrazně rychleji. Vezměme si pro příklad nejvzdálenější GLASS-z13. Ta má hmotnost přibližně jedné miliardy Sluncí, tedy asi tisíckrát nižší než Mléčná dráha. Její průměr činí zhruba 1600 světelných let, oproti asi 106 000 u naší Galaxie. Zato rychlost tvorby nových hvězd je zde oproti Mléčné dráze asi dvacetinásobná.

Galaxie CEERS-93316

Galaxie CEERS-93316
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

To ovšem stále není nic oproti dalším dvěma objevům zveřejněným letos o prázdninách. Ukázalo se, že Webb v rámci již zmíněného přehlídkového programu CEERS zachytil dva dosud nejvzdálenějším kandidáty galaxií. První z nich, CEERS-93316 vykazuje rudý posuv 16,7, což odpovídá vzdálenosti 13,55 miliardy světelných let. U druhého z nich, CEERS-DSFG-1, předpokládají vědci dokonce rudý posuv 18! Tyto galaxie tedy existovaly ve vesmíru, který byl starý jen kolem 200 milionů let (dnes je věk kosmu určen na 13 800 milionů let).

Galaxie CEERS-DSFG-1. Vpravo je ukázáno použití různých filtrů.

Galaxie CEERS-DSFG-1. Vpravo je ukázáno použití různých filtrů.
Zdroj: https://gadgettendency.com/

Už víme, že reliktní záření se od hmoty oddělilo asi 380 000 let po vzniku vesmíru. Z tehdy již existujících nehomogenit se postupně začaly tvořit první větší shluky hmoty a poté první hvězdy, které ozářily do té doby temný prostoročas. O něco později vznikly i první galaxie. A tady právě dostáváme jistý rozpor mezi numerickými simulacemi a pozorováními. Objekty jako CEERS-93316 vypadají v době, kdy je pozorujeme vyvinuty o dost více, než by podle teoretických předpokladů vypadat měly. Což je velká výzva pro současné modely vzniku a vývoje galaxií.

Rozdíl mezi vznikem a vývojem vesmíru

Velký třesk zobrazen v popularizačně-vulgárním (a samozřejmě naprosto špatném a nevýstižném) zjednodušení jako exploze.

Velký třesk zobrazen v popularizačně-vulgárním (a samozřejmě naprosto špatném a nevýstižném) zjednodušení jako exploze.
Zdroj: https://cdn.hswstatic.com/

Pro potřeby našeho článku si musíme ujasnit dvě zcela zásadní věci. Především bych rád podotkl, že se občas objevují nedorozumění v tom, co to je vlastně velký třesk. Ten totiž můžeme chápat dvojím způsobem. Buď jako okamžik vzniku vesmíru, pak je velký třesk jediný moment, nebo jako celou první etapu vývoje vesmíru až do oddělení reliktního záření. Potom je velký třesk perioda trvající 380 000 roků, od vzniku kosmu až po ukončení nejdůležitější fáze jeho zrodu.

První přístup se hodí v biologii, chemii, nebo některých oblastech fyziky, z jejichž pohledu je 380 000 let na počátku v podstatě okamžitá událost. My se ale věnujeme kosmologii a proto dnes budeme používat přístup druhý. Velkým třeskem tedy rozumíme celou první etapu v historii našeho kosmu.

Tento obrázek pěkně ukazuje historii vesmíru, ale především průběh velkého třesku, který v našem pojetí končí až s oddělením reliktního záření (CMB) vpravo.

Tento obrázek pěkně ukazuje historii vesmíru, ale především průběh velkého třesku, který v našem pojetí končí až s oddělením reliktního záření (CMB) vpravo.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Dále si musíme uvědomit zásadní rozdíl mezi vznikem a vývojem vesmíru. Pomůžeme si opět biologií. Evoluční teorii se někdy vyčítá, že neobjasňuje vznik života na Zemi. To ale není jejím úkolem, ona jen popisuje vývoj živých organismů a mechanismy, které se při něm uplatňují. Vznikem života se zabývá abiogeneze. Velmi podobné to je u kosmologie. Teorie velkého třesku popisuje vznik vesmíru a jeho první okamžiky. Pozdějším vývojem kosmu se zaobírají jiné fyzikální teorie a modely.

Znázornění vývoje vesmíru pěkně ukazuje proč se teorie velkého třesku a nové výzkumy z Webba úplně míjejí. Teorie velkého třesku skvěle popisuje vývoj vesmíru do oddělení reliktního záření (plocha vlevo). Dále vidíme černou barvou epochu tzv. temného věku. A Webb zkoumá až objekty vzniklé na konci tohoto temného věku, ať už tento trval jakkoliv dlouho.

Znázornění vývoje vesmíru pěkně ukazuje proč se teorie velkého třesku a nové výzkumy z Webba úplně míjejí. Teorie velkého třesku skvěle popisuje vývoj vesmíru do oddělení reliktního záření (plocha vlevo). Dále vidíme černou barvou epochu tzv. temného věku. A Webb zkoumá až objekty vzniklé na konci tohoto temného věku, ať už tento trval jakkoliv dlouho.
Zdroj: https://map.gsfc.nasa.gov/

Vyvrátil Webbův dalekohled svými novými pozorováními teorii velkého třesku? Samozřejmě, že ne! Jak jsme si už řekli, pro současný model vzniku vesmíru existuje velké množství mimořádně spolehlivých a vzájemně se doplňujících důkazů. Představa vzniku našeho vesmíru v ohrožení není a velmi pravděpodobně ani nebude.

Co tedy znamenají nová pozorování? Protože se nasnímané galaxie zdají v o něco pokročilejší fázi vývoje, než se čekalo a jsou také o něco větší oproti teoretickým předpokladům, může to znamenat problém pro současnou představu o vzniku a růstu galaxií ve velmi raném vesmíru. Možná bude nutné výrazně upravit teorii galaktické evoluce či dokonce kosmologický model ΛCDM. Temná hmota a temná energie by mohly fungovat jinak, než si myslíme. Teorie velkého třesku ale ohrožena není.

Allison Kirkpatrick, astrofyzička z Kansaské univerzity a Yaleovy univerzity, nešťastná hrdinka celého příběhu. Její výrok zneužili pseudovědci pro svá nepodložená tvrzení.

Allison Kirkpatrick, astrofyzička z Kansaské univerzity a Yaleovy univerzity, nešťastná hrdinka celého příběhu. Její výrok zneužili pseudovědci pro svá nepodložená tvrzení.
Zdroj: https://physics.yale.edu/

A to i přes některé velmi pomýlené články, které v souvislosti se zjištěními Webbova teleskopu vyšly. Jedním takovým je třeba text popírače velkého třesku a zastánce pseudovědecké alternativní teorie Erica Lernera, který vydala organizace Art of Ideas, ale bohužel jej nekriticky převzaly i větší zpravodajské kanály.

Autor v něm vytrhl z kontextu a dezinterpretoval výrok astrofyzičky Allison Kirkpatrick z Kansaské univerzity. Ta pro časopis Nature řekla: „Teď jsem ve tři v noci vzhůru a přemýšlím, zda všechno, co jsem dosud dělala, není špatně.“ Že hovořila o modelu formování a vývoje galaxií, nikoliv o teorii velkého třesku, asi není třeba s ohledem na předchozí odstavce dodávat.

Bohužel měla celá věc ještě dosti nepříjemnou dohru, ale to už se na náš web příliš nehodí, v případě zájmu doporučuji k přečtení článek Antonína Šlajcha na webu Vědátor, jenž se tímto tématem zabývá podrobněji. Nám už zbývá jen prosba novinářům, pokud tento text nějací čtou, aby vždy důsledně ověřovali pravdivost tvrzení ve svých článcích. Zvláště těch působících nevědecky či přímo pavědecky.

Nebo je to všechno jinak?

Spektroskopicky určený rudý posuv u blízkých, vzdálených a velmi vzdálených galaxií ves rovnání s referenčním laboratorním měřením.

Spektroskopicky určený rudý posuv u blízkých, vzdálených a velmi vzdálených galaxií ves rovnání s referenčním laboratorním měřením.
Zdroj: https://itu.physics.uiowa.edu/

Všimněte si, že až dosud jsem uváděl údaje u pozorovaných vzdálených galaxií víceméně jako jasná fakta. V zásadě nikde, až na Hubbleovo měření HD1, jsem neprojevil k získaným výsledkům větší skepsi, byť jsem občas hovořil o kandidátech na galaxie, nikoliv o galaxiích. Měli bychom projevovat pochybnosti? Rozhodně ano. Až na GN-z11, u níž se povedlo potvrdit proklamovaný rudý posuv fotometricky i spektroskopicky, je alespoň prozatím, u všech dalších uváděných galaxií s rudým posuvem větším než 11 na místě velká dávka opatrnosti. Zvláště pak u údajů o extrémním rudém posuvu, jako jsou hodnoty 14 – 20.

Musím tedy velmi mírnit všeobecné a nekritické nadšení, jež se u nově získaných dat o vzdálených galaxiích občas objevuje. Bezesporu jde o dosti zajímavá pozorování. Nicméně musíme vzít v úvahu, že Webbův dalekohled stále pracuje poměrně krátce. V kalibraci přístrojů dalekohledu stále může být nějaká, byť třeba jen drobná chyba, stejně tak může vzniknout chyba při zpracování surových dat. Navíc, jak už jsme si řekli, fotometrické určení rudého posuvu je méně přesné, nežli spektroskopie a odchylka tedy mohla vzniknout i tímto způsobem. Možných představitelných chyb je celá řada.

Fotometrické měření rudého posuvu. V tomto případě měříme přes několik filtrů jasnost dané galaxie. Máme třeba pět filtrů a měříme jasnost v několika bodech. Metoda dále předpokládá, že už o galaxii něco dopředu víme, konkrétně tvar spektra. Díky tomu nám stačí pět bodů na přibližný odhad rudého posuvu galaxie. Metoda je velmi účinná, avšak méně přesná než spektroskopie.

Fotometrické měření rudého posuvu. V tomto případě měříme přes několik filtrů jasnost dané galaxie. Máme třeba pět filtrů a měříme jasnost v několika bodech. Metoda dále předpokládá, že už o galaxii něco dopředu víme, konkrétně tvar spektra. Díky tomu nám stačí pět bodů na přibližný odhad rudého posuvu galaxie. Metoda je velmi účinná, avšak méně přesná než spektroskopie.
Zdroj: https://ogrisel.github.io/

Bylo by proto vhodné získat dostatečnou statistiku podobných objektů a pokud možno u všech nebo alespoň u většiny z nich potvrdit rudý posuv spektroskopickou metodou. Fotometrie sice dává hrubý odhad, ale je náchylná na některé typy chyb. Zvláště u výše zmíněných galaxií CEERS-93316 a CEERS-DSFG-1 s extrémními rudými posuvy 16,7 a 18 lze získat stejná data i v případě hvězdotvorné galaxie s vysokým obsahem prachu. Tyto objekty mohou navíc i dobře napodobit očekávaný vzhled galaxií s extrémním rudým posuvem v infračervené části spektra.

Kupříkladu v případě CEERS-DSFG-1 se na tuto galaxii zaměřily i pozemní teleskopy. Konkrétně soustava radioteleskopů NOEMA nacházející se ve výšce 2 552 metrů nad mořem ve francouzských Alpách a bolometr SCUBA-2, jenž se nachází na teleskopu Jamese Clerka Maxwella na Mauna Kea Observatory na Havajských ostrovech. Obě zařízení potvrdila u objektu velké množství prachu. Ten je astronomům známý tím, že vyzařuje na stejných vlnových délkách jako velmi vzdálené galaxie.

Síť radioteleskopů NOEMA ve francouzských Alpách.

Síť radioteleskopů NOEMA ve francouzských Alpách.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Samotná přítomnost prachu, natož jeho velkého množství je dosti podezřelá. U objektů s rudým posuvem 16 nebo dokonce 18 by prach vůbec neměl být přítomen. Ve vesmíru totiž tehdy neexistovaly prakticky žádné těžší prvky než lithium a 99,99 % atomů patřilo vodíku a heliu. Prach se proto neměl v té době jak a kde vytvořit. Dost možná se u nových pozorování díváme na jinou část spektra a jiné spektrální čáry, než se původně myslelo.

V takovém případě by potom CEERS-93316 a CEERS-DSFG-1 neměly rudý posuv roven 16,7 nebo 18, ale „pouze“ 5. To je pořád velmi vysoká hodnota, jenž je výrazně vyšší než u většiny známých objektů ve vesmíru. Takový rudý posuv totiž stále odpovídá vzdálenosti 12,5 miliardy světelných let. Zmíněné galaxie by stále byly mimořádně vzdálené a patřily by ke zlomku nejvzdálenějším známých objektů ve vesmíru, avšak nejednalo by se o senzační detekce galaxií existujících 200 milionů let po vzniku vesmíru vynucujících si výraznou revizi současných modelů vzniku a vývoje galaxií.

Fotografie přístroje NIRCam

Fotografie přístroje NIRCam
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Mezinárodní tým specialistů již na toto téma publikoval odbornou studii. V ní se uvádí, že zatím nelze na 100 % prokázat souvislost pozorovaného prachu a galaxie CEERS-DSFG-1, bude potřeba ještě další průzkum. Tato souvislost je však pravděpodobná a CEERS-DSFG-1 má proto zřejmě rudý posuv 5. Fyzikové stojící za touto prací dospěli k závěru, že tato i podobné detekce z přístroje NIRCam na Webbově teleskopu pravděpodobně a dosti často znamenají nikoliv extrémní rudý posuv, ale galaxie se značným podílem prachu a s rudým posuvem 4 – 6.

Teleskop Jamese Clerka Maxwella na Havajských ostrovech.

Teleskop Jamese Clerka Maxwella na Havajských ostrovech.
Zdroj: https://scx2.b-cdn.net/

To se týká nejen CEERS-DSFG-1, ale i CEERS-93316, Maisie a dalších dnes představených galaxií s deklarovaným rudým posuvem vyšším než 11. U všech je pro potvrzení extrémní vzdálenosti nutné nezávislé ověření hodnoty rudého posuvu ze spektroskopických měření. GN-z11 představuje jedinou výjimku, u níž vědci potvrdili rudý posuv 11,09 fotometricky i spektroskopicky.

Trochu specifická je pak ještě situace u výše zmíněné galaxie GLASS-z13. Řekli jsme si, že zde Webbův dalekohled stanovil rudý posuv na 13,1. To už ale neplatí. V říjnu došlo k novému měření a revizi rudého posuvu na 12,4. Z toho důvodu došlo i k přejmenování galaxie na GLASS-z12. Tento objekt pozorovala také soustava radioteleskopů ALMA nacházející se v chilské poušti Atacama. Pokusila se o spektroskopické měření rudého posuvu. Výsledky nejsou zatím příliš průkazné, avšak pokud by platily, pak rudý posuv této galaxie činí 12,1. Jde tedy o další redukci původní hodnoty, i tak by šlo ale o nejvzdálenější galaxii. Odpovídající vzdálenost je asi 13,45 miliardy světelných let. Podobně jako u GLASS-z13 došlo k upřesnění měření a je z ní nyní GLASS-z12, také GLASS-z11 byla důkladněji prozkoumána a nyní je z ní GLASS-z10.

ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)

ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)
Zdroj: https://upload.wikimedia.org

Galaxie bohaté na prach mohou do budoucna svou schopností vyzařovat na stejných vlnových délkách a tím, že umí vzhledově napodobit galaxie s extrémním rudým posuvem představovat určitý problém při snaze o nalezení rekordně dalekých galaxií. Kosmologové a astrofyzikové se budou muset s touto výzvou vypořádat. Naštěstí mají spoustu času, neboť Webbův dalekohled by měl fungovat nejméně deset let a za tu dobu napozoruje značné množství přehlídek a jednotlivých objektů. Výhodou je i součinnost s Hubbleovým dalekohledem a velkými pozemními observatořemi.

Závěr

Ne, Webbův dalekohled teorii velkého třesku skutečně nevyvrátil. A velmi pravděpodobně ani nikdy nevyvrátí. A to, ať už jsou představená data týkající se vzdálených galaxií správná nebo se ukáže, že jde o bližší prachové galaxie. Přesto se jedná o výsledky zajímavé a důležité. V budoucnu na ně Webb určitě naváže spoustou zajímavých měření. Možná se už brzy dočkáme spolehlivého spektroskopického zjištění rudého posuvu u nějaké mimořádně vzdálené galaxie. A skutečně může být nutné doplnit či pozměnit současnou teorii formování a evoluce galaxií nebo dokonce možná i ΛCDM model. Teorie velkého třesku jako taková ovšem zůstává nedotčená. Nezmění ji pravděpodobně nejen tato, ale ani jiná data z nového dalekohledu. Množství důkazů pro velký třesk je značné a tento kosmologický model tu s námi zřejmě bude ještě pěknou řádku let.

 

Poznámky autora

  1. Za inspiraci k sepsání tohoto článku děkuji panu Richardu Moskalovi, který v zářijovém pokecu s Kosmonautixem položil otázku, zda je pravda, že JWST vyvrátil teorii velkého třesku.
  2. Dále děkuji Martinu Škorpíkovi za užitečné připomínky k článku a Davidu Heyrovskému a Miroslavu Havránkovi za plodné diskuze na toto a související témata.

Doporučená literatura

  • Steven Weinberg – „The First three minutes“ – česky jako „První tři minuty“ (Mladá fronta, 1998)
  • Jiří Grygar – „Vesmír jaký je“ (Mladá fronta, 1997)
  • Simon Singh – „The Big Bang. The Most Important Scientific Discovery of All Time and Why You Need to Know About it“ – česky jako „Velký třesk (Argo a Dokořán, 2007)
  • Lawrence Krauss – „ Atom: An Odyssey from the Big Bang to Life on Earth … and Beyond“ – česky jako „Proměny vesmíru“ (Paseka, 2007)
  • Brian Clegg – „Before Big Bang“ – česky jako „Před velkým třeskem“ (Argo a Dokořán, 2011)
  • Janna Levin – „How the Universe Got Its Spots“ – česky jako „Jak vesmír přišel ke svým skvrnám“ (Argo a Dokořán, 2003)
  • George Johnson – „Miss Leavitts Star’s“ – česky jako „Až na konec vesmíru“ (Argo a Dokořán, 2007)
  • Robert Kirshner – „The Extravagant Universe. Exploding Stars, Dark Energy and the Accelerating Cosmos“ – česky jako „Výstřední vesmír“ (Paseka, 2005)

Doporučené a použité zdroje

Zdroje obrázků

Print Friendly, PDF & Email

Kontaktujte autora: hlášení chyb, nepřesností, připomínky
Prosím čekejte...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

31 komentářů ke článku “Vyvrátil Webbův dalekohled teorii velkého třesku?”

  1. Jan Jancura napsal:

    Díky za článek
    Podle mne Velký třesk není teorií, ale jen hypotézou, kterou dnes zastává většina vědců (i já laik). Připadá mi poněkud namyšlené, že víme co je velký třesk, když nevíme co je temná hmota a vůbec nemáme žádnou představu, co je temná energie, což obé v sumě činní údajně 95% hmoty/energie celého vesmíru. A proto taky nemáme žádnou představu, jakou roli hrály v jednotlivých etapách (zejména počátečních) velkého třesku. Chybí nám totiž ucelená teorie kvantové gravitace a teorie velkého sjednocení, které nám teprve mohou osvětlit počáteční stadia Velkého třesku a tedy přerodit hypotézu v teorii.

    • Vítězslav Škorpík Redakce napsal:

      „Díky za článek
      Podle mne Velký třesk není teorií, ale jen hypotézou, kterou dnes zastává většina vědců (i já laik). Připadá mi poněkud namyšlené, že víme co je velký třesk, když nevíme co je temná hmota a vůbec nemáme žádnou představu, co je temná energie, což obé v sumě činní údajně 95% hmoty/energie celého vesmíru. A proto taky nemáme žádnou představu, jakou roli hrály v jednotlivých etapách (zejména počátečních) velkého třesku. Chybí nám totiž ucelená teorie kvantové gravitace a teorie velkého sjednocení, které nám teprve mohou osvětlit počáteční stadia Velkého třesku a tedy přerodit hypotézu v teorii.“

      Myslet si to můžete, ale realita to není. Velký třesk je teorie, nikoliv hypotéza a to teorie velmi dobře podložená. Na tom není nic namyšleného, to je jen popis skutečnosti.
      Temná hmota víme, že existuje a i to jaký podíl měla na počátku vesmíru a to nám úplně stačí. Nepotřebujeme k tomu nutně vědět, co to je. Temná energie nehrála na počátku vesmíru žádnou úlohu, to také víme. Máme velmi dobrou představu, jakou roli hrály v jednotlivých fázích vývoje vesmíru. Složení vesmíru jde snadno určit z parametrů reliktního záření, ale i jinými způsoby. Velký třesk je teorie a teorie skutečně kvalitní, velké sjednocení a ani kvantovou gravitaci k tomuto tvrzení nepotřebujeme.

      • Jan Jancura napsal:

        Jak tedy ta teorie doložitelně vykládá inflační etapu Velkého třesku, vznik baryonové, temné hmoty a temné energie apod.? Velký třesk bez inflační etapy není Velkým třeskem. To co pokládáte za teorii Velkého třesku je jen teorie konečných etap vzniku Vesmíru. I když jsou ty závěrečné etapy časově mnohem delší než ty počáteční, tak Velký třesk by bez nich nebyl a tedy by nebyl ani dnešní vesmír.

        • Vítězslav Škorpík Redakce napsal:

          Ne není, jste laik, tak mne prosím přestaňte poučovat o tom co je a není teorie velkého třesku. Děkuji. Teorie velkého třesku je spolehlivě a skvěle doložená. Tohle fakt miluju, přijde nějaký internetový chytrák a myslí si, že je chytřejší, než všichni kosmologové, kteří tomu opravdu rozumí.

  2. Ferda napsal:

    Dekuji za clanek. Sam jsem se prave z obavy, ze prvni data z Webu budou utopena v informacnim gulasi nesmyslu, cteni vsech bombastickych clanku zatim vyhnul. Takze kdyz v poslednim roce byl clanek o JWST a o pozorovani nejvzdalenejsich galaxii, a ze to je v rozporu s velkym treskem, nebo vznikem vesmiru, nebo temnou hmotou, nebo ze jsou vedci ztraceni a tak podobne, tak jsem to ignoroval a ani neztracel cas. A dobre jsem udelal, clanek od pana Skorpika me vratil do hry :-). Opravdu diky za skvele shrnuti pane Skorpik. Takovy clanek o JWST by mohl vychazet kazdy rok.

    Mimochodem, vyuziji prilezitosti k polozeni par otazek:
    1) Jakou expozicni dobu JWST zhruba pouzil pri porizeni fotografii CEERS-93316 a CEERS-DSFG-1? Je to v radu sekund, minut nebo vice?

    2) Planuje se poridit s JWST podobnou fotografii jako je Hubble (extreme) Deep Fields? Jaka expozicni doba zde prichazi pro JWST v uvahu?

    3) Syn se me pta, z kolika vybuchlych hvezd (mysli supernovy) je nase Zeme a Slunce namichano? Existuje prosim nejaky hruby odhad? 🙂

    • Vítězslav Škorpík Redakce napsal:

      „Dekuji za clanek. Sam jsem se prave z obavy, ze prvni data z Webu budou utopena v informacnim gulasi nesmyslu, cteni vsech bombastickych clanku zatim vyhnul. Takze kdyz v poslednim roce byl clanek o JWST a o pozorovani nejvzdalenejsich galaxii, a ze to je v rozporu s velkym treskem, nebo vznikem vesmiru, nebo temnou hmotou, nebo ze jsou vedci ztraceni a tak podobne, tak jsem to ignoroval a ani neztracel cas. A dobre jsem udelal, clanek od pana Skorpika me vratil do hry :-). Opravdu diky za skvele shrnuti pane Skorpik. Takovy clanek o JWST by mohl vychazet kazdy rok.“

      Já děkuji za milá slova. Ono je potřeba tyto první zprávy a jim přisuzované velké objevy brát vždy trochu s rezervou. Alespoň dokud neprojdou výsledky recenzním řízením, které může odhalit různé druhy chyb nebo je nepotvrdí nezávislé měření na jiném teleskopu či experimentu.
      Takže velmi rád seznávám, že jste k tomu měl rozumný přístup a velmi to chválím.
      Jinak já zde vydávám seriál o novinkách z Webbova teleskopu každé dva měsíce. V posledním díle jsem se ale extrémně vzdáleným objektům moc nevěnoval a to právě proto, že už jsem chystal tento článek.
      Samozřejmě pokud budou ohledně toho nějaké novinky zařadím to buď do seriálu nebo zase napíšu samostatný článek.

      „Mimochodem, vyuziji prilezitosti k polozeni par otazek:
      1) Jakou expozicni dobu JWST zhruba pouzil pri porizeni fotografii CEERS-93316 a CEERS-DSFG-1? Je to v radu sekund, minut nebo vice?“

      Přesně Vám to teď z hlavy neřeknu. Musel bych chvíli hledat a na to nyní nemám čas. Ale určitě to bude výrazně více, než několik minut, protože jde o objekty extrémně slabé a i JWST na nasnímání v dostatečné kvalitě potřebuje čas.
      Ale jestli máte zájem, mohu Vám to později zkusit najít přesně, ale dostanu se k tomu až dnes večer nebo zítra.

      „2) Planuje se poridit s JWST podobnou fotografii jako je Hubble (extreme) Deep Fields? Jaka expozicni doba zde prichazi pro JWST v uvahu?“

      Určitě plánuje, dokonce se už takováto pole i fotografují. Dvě z nich budu mít v novém dílu seriálu o JWST, který vyjde první polovině února. Dokonce se v některých případech snímají i stejná místa, jaká použil Hubble pro svá hluboká pole.
      Ohledně expozice zase nevím přesně z hlavy, můžu vám najít, ale budou to řádově hodiny nebo více.

      „3) Syn se me pta, z kolika vybuchlych hvezd (mysli supernovy) je nase Zeme a Slunce namichano? Existuje prosim nejaky hruby odhad? “

      Tak to se přiznám, že skutečně nevím. Ale je to zajímavá otázka. Pokusím se Vám to najít, ale opět platí co bylo psáno výše. Dostanu se k tomu dnes večer nebo zítra.

      • Ferda napsal:

        Moc dekuji za odpoved pane Skorpik. Uplne to tak staci, neztracejte s tou expozicni dobou vic casu, tak jak jste mi odpovedel, mi to uplne staci pro predstavu.

        Ohledne toho poctu hvezd, budu moc rad, kdyz nekdy najdete cas na odpoved, ale jen az se Vam to bude hodit, zadny spech prosim 🙂 Sam jsem to zkousel chvili hledat pres google, ale tam jednak vybehne moc nesouvisejicich informaci, a taky jsem opatrny tomu verit, kdyz nelze odhadnout kvalitu tech zdroju. Nicmene dosel jsem k hrubemu google-odhadu cca ~10, ale jak rikam, radeji jsem si to zatim nechal pro sebe a synovi to reknu, az kdyz to bude z kvalitnejsiho zdroje. Coz si myslim ze Vy mate pristup k lepsim. Diky!

  3. tady_Martin napsal:

    Dobrý den,

    děkuji za Vaše články, vždy se těším až se objeví další. 🙂

    Měl bych dotaz ohledně vzdáleností galaxií. Jsou vzdálenosti uváděné v článku skutečné nebo zdánlivé a jak se na nich projevuje expanze vesmíru? Děkuji za upřesnění.

    • Vítězslav Škorpík Redakce napsal:

      Dobrý den. Děkuji za milá slova.

      U vzdáleností velmi dalekých objektů se často uvádí dvě vzdálenosti. První, kterou používám i já v tomto článku je vzdálenost, v níž byl objekt v době, kdy vyzářil světlo, které k nám přiletělo a někdy v této době jsme ho zachytili. To jsou ta čísla jako 13,4 miliardy světelných let. V této vzdálenosti byla dotčená galaxie v době, kdy vyzářila to světlo dnes zachycené Webbovým dalekohledem, tedy zhruba před těmi 13,4 miliardami let.
      Tuto vzdálenost používám v článku proto, že zde věk galaxie v miliardách let zhruba odpovídá její vzdálenosti v miliardách světelných let v době vyzáření zachycených fotonů.

      Pak se uvádí i druhá hodnota, která odpovídá skutečné vzdálenosti v okamžiku zachycení světla, tedy dnes. Vesmír se totiž od chvíle, kdy dané galaxie vyzářily své světlo samozřejmě dále rozpínal. Proto už tyto galaxie nyní neleží ve stejné vzdálenosti jako kdysi, ale výrazně dále. A to zhruba kolem 37 miliard světelných let.
      Docela často jde na různých odborných webech, ale třeba i na Wikipedii naleznout právě i tuto druhou hodnotu.

  4. Kamil napsal:

    Díky za článek.
    Prd tomu rozumím, abych s něčím polemizoval, tak jen poznámku k nepodstatném detailu. Měl jsem za to z přednášek pana Grygara, že Fred Hoyle použil sousloví Big Bang dřív než koncem 50.let, spíš hned poté, co se objevila ve formě prezentované Gamowem. Z konce 50.let tak podle mě pochází Grygarův geniální překlad – Velký třesk.

    Z internetu: Při jedné rozhlasové přednášce v roce 1950 se (Hoyle) vysmíval konkurenční teorii vzniku vesmíru, kterou pojmenoval Big Bang – což je obdoba českého úsloví „prázdný sud nejvíc duní“.

  5. pave69 napsal:

    Nejprve díky za článek. Potom bych měl pár připomínek k bodům v diskuzi:
    – počítá se průběh velkého třesku dle obecné teorie relativity?
    :Jednoznačně ne. Vzorce OTR jsou tak složité, že pro dynamické jevy v nehomogenně rozložené hmotě ji nelze spočítat a to ani analyticky, ani numericky. Počítá se aproximacemi se spoustou zjednodušujících podmínek. Ve výsledku se tak nedá dopočítat něčeho relevantního. Jedním z hlavních úkolů WT je zjistit, „jak to teda vlastně je“, aby se daly aproximace relevantně upravit.
    – nehomogenity rozložení hmoty zjištěné z reliktního záření jsou velmi malé. Shlukování zajišťuje temná hmota.
    : Autor tohoto výroku si vtipně sám odporuje. Temná hmota (ať je to cokoli) působí gravitačně a je tedy nutné její nehomogenitu zahrnout do výpočtů OTR, jinak se ničeho nedopočítáme. To se nikdy nestalo (z důvodů viz bod výše).

    Jinak doporučuji přednášku prof. Křížka, který „počítání“ OTR vysvětluje.

    • Vítězslav Škorpík Redakce napsal:

      Promiňte, ale pan Křížek je skvělý matematik, nicméně už méně dobrý fyzik. Jeho představy o fyzice jsou někde mezi špatnými a směšnými. Takže se nezlobte, ale argumentaci jím neberu. Je to argument autoritou a navíc neoprávněnou autoritou. To na úvod.

      „počítá se průběh velkého třesku dle obecné teorie relativity?
      :Jednoznačně ne. Vzorce OTR jsou tak složité, že pro dynamické jevy v nehomogenně rozložené hmotě ji nelze spočítat a to ani analyticky, ani numericky. Počítá se aproximacemi se spoustou zjednodušujících podmínek. Ve výsledku se tak nedá dopočítat něčeho relevantního. Jedním z hlavních úkolů WT je zjistit, „jak to teda vlastně je“, aby se daly aproximace relevantně upravit.“

      Já jsem netvrdil, že se počítá dle OTR, ale že kosmologové samozřejmě OTR velmi dobře znají a používají ji. A že se do kosmologických teorií promítají i relativistické jevy. Což je pravda. A to, že se počítá s OTR dost složitě na tom nic nemění.
      A ne, to není jedním z hlavních úkolů JWST. Stačí se podívat na Wikipedii nebo stránky NASA abyste to zjistil. Webb má sledovat evoluci galaxií nebo hvězd, ale do oblasti před oddělením reliktního záření nezasáhne.

      „Autor tohoto výroku si vtipně sám odporuje. Temná hmota (ať je to cokoli) působí gravitačně a je tedy nutné její nehomogenitu zahrnout do výpočtů OTR, jinak se ničeho nedopočítáme. To se nikdy nestalo (z důvodů viz bod výše).“

      Nikoliv. Neodporuji si, protože opět reagujete na něco co jsem neřekl. Řekl jsem, že nehomogenity samy by nestačily na vytvoření struktur, které vidíme dnes ve vesmíru. A že je nutné zahrnout temnou hmotu. Což je opět pravda. To víme z numerických simulací, ale i z teoretických výpočtů.

      Pokud se řídíte dle tvrzení pana Křížka, nedivím se, že zde sám píšete tyto věci, které nemají s realitou moc společného, ale s dovolením si dovolím podotknout, že na kosmologii a obecně na fyziku není pan Křížek zdaleka nejlepší zdroj a průměrný student druhého ročníku MFF ví o kosmologii podstatně více, než on. Takže bych byl rád, kdybyste tu tyto hlouposti nevydával za objektivní pravdu.
      Pana Křížka a jeho myšlenky nebere žádný soudný fyzik v ČR, kterého znám vážně. Naopak, všichni se mu smějí, nebo jsou spíše z jeho tvrzení zděšeni. A odmítají se s ním vůbec bavit. Mohl bych o něm vyprávět sáhodlouhé historky, jak mu profesor David Vokrouhlický všechno vysvětlil, on to vůbec nepochopil a dál jel svoje bludy a ještě mu pak děkoval za něco co David nikdy neřekl. Protože v tom svém nepochopení úplně překroutil jeho myšlenky.
      Z jeho kosmologické sekce jsme už všichni úplně zoufalí. Protože tam snad není člověk, který by kosmologii opravdu rozuměl.

      A když už jsme u argumentů autoritou, mohl bych sem hodit přednášky, kde naopak doktor David Heyrovský vysvětluje, jak je to ve skutečnosti, proč pan Křížek nemá pravdu.
      Tak třeba zde: https://www.youtube.com/watch?v=yKVgIbkB9CE

    • SGaba napsal:

      Doporučím vám jediné, vždy, když uvidíte pana Křížka, nedej bože, jak něco říká, utíkejte rychle pryč.

  6. Martin Gembec Administrátor napsal:

    Děkuji za ucelenou brožurku o Velkém třesku. Mít vše pohromadě v jednom článku o velikosti menší knížečky potěší. Nepřestávám žasnout, jak kvalitní věci vychází na fanouškovském webu o kosmonautice 🙂

  7. Ondrej_Kvinta napsal:

    Poprvé jsem snad četl tak dlouhý, ale tak zajímavý článek. Fakt super.

  8. SGaba napsal:

    Jestli mohu tak doporučím tuto přednášku:
    M. Havránek: Raný vesmír očima Webbova dalekohledu [Fyz. čtvrtek, FEL ČVUT]
    https://www.youtube.com/watch?v=ncoOenp2WT4

    Zároveň mě nikdy nepřestane fascinovat:
    ,,Už víme, že reliktní záření se od hmoty oddělilo asi 380 000 let po vzniku vesmíru. Z tehdy již existujících nehomogenit se postupně začaly tvořit první větší shluky hmoty a poté první hvězdy, které ozářily do té doby temný prostoročas. O něco později vznikly i první galaxie.“

    Chápu, že je to zjednodušující ale i tak je to zvláštní. Pakliže se v značně hustém vesmíru, objevily nehomogenity (což objevily) tedy oblasti s nižší hustotou a tudíž i nižší intenzitou gravitačního pole, znamená to, že čas v těchto nehomogenitách (zvláště v jejich nejméně hustých částech) běžel výrazně rychleji (vzhledem celkově vysoké intenzitě gravitačního pole a tedy velké změně rychlosti plynutí času i při jeho celkem malé změně). Takže většina vesmíru byla stará 380 000 let ovšem některé její části již třeba 1000000let(třeba, protože to mohlo být méně nebo i výrazně více, záleží na velikosti rozdílu hustoty a tedy intenzity gravitačního pole).
    Docela by mě zajímalo, jestli se v numerických simulacích s těmito obecně relativistickými jevy počítá a do jaké míry. Možná by to mohlo leccos objasnit.

    • Vítězslav Škorpík Redakce napsal:

      „Jestli mohu tak doporučím tuto přednášku:
      M. Havránek: Raný vesmír očima Webbova dalekohledu [Fyz. čtvrtek, FEL ČVUT]
      https://www.youtube.com/watch?v=ncoOenp2WT4

      Určitě můžete. Navíc jsem za to velmi rád, neboť Mirek popularizuje velmi dobře a je to můj kamarád. Ostatně, jak jste si možná všiml, na konci článku mu děkuji.

      „Chápu, že je to zjednodušující ale i tak je to zvláštní. Pakliže se v značně hustém vesmíru, objevily nehomogenity (což objevily) tedy oblasti s nižší hustotou a tudíž i nižší intenzitou gravitačního pole, znamená to, že čas v těchto nehomogenitách (zvláště v jejich nejméně hustých částech) běžel výrazně rychleji (vzhledem celkově vysoké intenzitě gravitačního pole a tedy velké změně rychlosti plynutí času i při jeho celkem malé změně). Takže většina vesmíru byla stará 380 000 let ovšem některé její části již třeba 1000000let(třeba, protože to mohlo být méně nebo i výrazně více, záleží na velikosti rozdílu hustoty a tedy intenzity gravitačního pole).
      Docela by mě zajímalo, jestli se v numerických simulacích s těmito obecně relativistickými jevy počítá a do jaké míry. Možná by to mohlo leccos objasnit.“

      No, ne tak docela. Milion let to opravdu nebylo. Za domácí úkol si můžete spočítat dilataci času způsobenou gravitačním polem podle obecné relativity.
      Kromě toho Váš výklad relativistických jevů není zcela korektní. Dávám na zamyšlení následující. Myslíte, že kdyby to takto bylo, že by to už největší světoví experti na relativistickou fyziku a kosmologii neodhalili? Čili, kdyby to skutečně mohlo něco objasnit, nevědělo by se to už dávno? Ano, jasně, já vím, že i experti občas přehlédnou nějakou blbost. Ale lidí, kteří se tím zabývají a opravdu tomu rozumějí je skutečně hodně.

      Navíc Vás mohu potěšit informací, že s relativistickými jevy se v kosmologii samozřejmě úplně běžně pracuje. Doporučuji k přečtení třeba nějaký článek o Sachsově – Wolfově jevu.

      • SGaba napsal:

        Díky za reakci.
        ,,Kromě Váš výklad relativistických jevů není zcela korektní.“
        V čem?
        ,,No, ne tak docela. Milion let to opravdu nebylo.“
        Proč ne? A kolik to tedy bylo? Záleží snad jen na intenzitě gravitačního pole či, že hlavně na rozdílu té intenzity. A tím neříkám, že to bylo tolik, jen nechápu, proč by nemohlo.
        ,,Za domácí úkol si můžete spočítat dilataci času způsobenou gravitačním polem podle obecné relativity.“
        To moc nechápu, jak bych udělal, neznám potřebné parametry, tady si se Schwarzschildovu metrikou asi člověk nevystačí.

        ,,Myslíte, že kdyby to takto bylo, že by to už největší světoví experti na relativistickou fyziku a kosmologii neodhalili? Čili, kdyby to skutečně mohlo něco objasnit, nevědělo by se to už dávno? Ano, jasně, já vím, že i experti občas přehlédnou nějakou blbost. Ale lidí, kteří se tím zabývají a opravdu tomu rozumějí je skutečně hodně.“
        To nepochybně, otázka je zda se tomu věnovala pozornost, už jenom z důvodu, že zatím se tomu pozornost věnovat nemusela jelikož pozorování seděla s teorii evoluce galaxií i s teorií vývoje vesmíru. Je možné že se počítalo s tím že je tento efekt marginální(a třeba je). Ale netvrdím, že to má jakýkoliv vliv, jen mi to přišlo zajímavé.

        ,,Navíc Vás mohu potěšit informací, že s relativistickými jevy se v kosmologii samozřejmě úplně běžně pracuje. Doporučuji k přečtení třeba nějaký článek o Sachsově – Wolfově jevu.“
        Je mi jasné, že se OTR používá zcela normálně při různých simulacích. Zajímalo mě spíše jestli se a do jaké míry aproximace se používá při numerických simulacích vývoje vesmíru.

        • Vítězslav Škorpík Redakce napsal:

          „Proč ne? A kolik to tedy bylo? Záleží snad jen na intenzitě gravitačního pole či, že hlavně na rozdílu té intenzity. A tím neříkám, že to bylo tolik, jen nechápu, proč by nemohlo.“

          Víte, jak velké jsou nehomogenity reliktním záření? Je to v oblasti desetitisícin Kelvinů.
          Ty nehomogenity jsou dokonce tak miniaturní, že by se z nich nikdy nemohly vyvinout struktury takové, jaké ve vesmíru pozorujeme. Pokud by tedy neexistovala temné hmota, která tomu pomohla. Uvažovat tu o nějaké dilataci času způsobující, že by průměrná hodnota stáří vesmíru byla 380 000 let, teplejší oblasti by měly 100 000 let a teplejší 500 000 let je úplně absurdní. Ano, pro nějaké černé díry je velikost dilatace času v gravitačním poli už docela značná. V tomto případě je to v podstatě téměř zanedbatelné.

          ,,Za domácí úkol si můžete spočítat dilataci času způsobenou gravitačním polem podle obecné relativity.“

          Viz výše. Nebo se zkuste třeba podívat jak velké vychází gravitační dilatace pro jednotlivé objekty.

          „To nepochybně, otázka je zda se tomu věnovala pozornost, už jenom z důvodu, že zatím se tomu pozornost věnovat nemusela jelikož pozorování seděla s teorii evoluce galaxií i s teorií vývoje vesmíru. Je možné že se počítalo s tím že je tento efekt marginální(a třeba je). Ale netvrdím, že to má jakýkoliv vliv, jen mi to přišlo zajímavé.“

          Ano, věnovala, neboť dnes to působí, jakoby to všechno bylo úplně jasné. Ale nebylo. V minulosti musela řešit teorie velkého třesku řadu problémů. I dříve byly v otázce vývoje vesmíru a velkého třesku různé otázky, které se musely řešit. A bylo jich poměrně hodně. Od problémů horizontu, přes problém plochosti a magnetické monopóly, až po otázky ohledně stáří vesmíru a stáří objektů v něm. Nebo velikosti Hubbleova parametru.

          „Je mi jasné, že se OTR používá zcela normálně při různých simulacích. Zajímalo mě spíše jestli se a do jaké míry aproximace se používá při numerických simulacích vývoje vesmíru.“

          Určitě ano. Existují dokonce různé veřejně přístupné numerické simulace, které používají obecnou relativitu, ale třeba i temnou hmotu a energii. Jinak by moc dobře nefungovaly. Napadá mne třeba nejznámější projekt Illustris. Ale existuje i mnoho dalších.

          • SGaba napsal:

            Ještě mi prosím odpovězte na:
            ,,Kromě Váš výklad relativistických jevů není zcela korektní.“
            V čem?

            Díky.

            Jenom mi ještě nedá, tak se omlouvám:
            ,,Víte, jak velké jsou nehomogenity reliktním záření? Je to v oblasti desetitisícin Kelvinů.
            Ty nehomogenity jsou dokonce tak miniaturní, že by se z nich nikdy nemohly vyvinout struktury takové, jaké ve vesmíru pozorujeme. Pokud by tedy neexistovala temné hmota, která tomu pomohla. Uvažovat tu o nějaké dilataci času způsobující, že by průměrná hodnota stáří vesmíru byla 380 000 let, teplejší oblasti by měly 100 000 let a teplejší 500 000 let je úplně absurdní. Ano, pro nějaké černé díry je velikost dilatace času v gravitačním poli už docela značná. V tomto případě je to v podstatě téměř zanedbatelné.“

            Takže, vám to přijde absurdní ale podle OTR by to možné bylo, že?
            Ale není to možné proto, že víme, že nehomogenity v reliktním záření jsou minimální? To by jste pak mohl ale asi říci, že neexistují primordiální černé díry, protože je nevidíme v reliktním záření, ne? Není možné že prostě v reliktním záření jsou výrazné anomálie zahlazeny(rozmazány, zprůměrovány) vlivem rozlišení jeho nasnímání? Přece jen, je to reliktní záření (mapa záření) z celého vesmíru navíc 2D.

            • Vítězslav Škorpík Redakce napsal:

              „Kromě Váš výklad relativistických jevů není zcela korektní.“

              Já měl za to, že je to zcela jasné z toho co píšu. S dilatací času se tu zachází dosti svévolně. Opravdu doporučuji si přečíst článek o Sachsovu – Wolfovu jevu. Dilatace času opravdu nefunguje tak, že nám tu jen tak sem tam létají statisíce let. Například úplný střed Země je mladší, než povrch. Za 4,6 miliardy let ten rozdíl činí 2 a půl roku. A to je hmota Země za téměř 5 miliard let.

              „Takže, vám to přijde absurdní ale podle OTR by to možné bylo, že?
              Ale není to možné proto, že víme, že nehomogenity v reliktním záření jsou minimální?“

              Viz výše, reálně by to podle OTR možné nebylo. To by tam musely být hodnoty mnohokrát, ale řádově mnohokrát vyšší, než pozorujeme. Takže ono to je úplně absurdní. Pokud tedy neuvažujeme zcela nereálné vysoce spekulativní scénáře.

              „To by jste pak mohl ale asi říci, že neexistují primordiální černé díry, protože je nevidíme v reliktním záření, ne?“

              Jenže na to byste potřeboval mnohem lepší úhlové rozlišení nehomogenit v reliktním záření. I ten zázračný Planck nemá neomezené prostorové rozlišení. Takže ne, k primordiálním černým dírám zatím výzkumy reliktního záření neříkají nic zas tak určitého, aby je definitivně mohly vyvrátit. Jsou tam stanovená jen nějaká omezení.

              „Není možné že prostě v reliktním záření jsou výrazné anomálie zahlazeny(rozmazány, zprůměrovány) vlivem rozlišení jeho nasnímání? Přece jen, je to reliktní záření (mapa záření) z celého vesmíru navíc 2D.“

              Samozřejmě, že čím lepší rozlišení mít budeme, tím více detailů uvidíme. Ale velké anomálie bychom viděli. A možná i vidíme jednu tzv. chladnou skvrnu. V poslední době se v kosmologických kruzích hodně řešilo, zda to má nějakou relevanci. Ukazuje se ale, že spíše ne.
              A znovu opakuji. Jaké velké anomálie. Ty anomálie jsou v řádu desetitisícin Kelvinů. To záření je tak homogenní, že na Zemi nic tak dokonale homogenního vyrobit ani neumíme.
              Nicméně to co máme nasnímáno je vlastně 2D povrch koule ve vzdálenosti 13,8 miliardy světelných let. Je to stav, který byl tehdy, nikoliv reliktní fotony z celého objemu vesmíru.

  9. Ondřej J. napsal:

    Tady bych clickbaitový titulek nečekal :)) Ale beru to jako příjemné osvěžení a už se těším, až si celý článek přečtu v klidu u kávy.

    • Dušan Majer Administrátor napsal:

      Osobně považuji nadpis za úplně normální. Takové teorie se opravdu objevily a článek má zhodnotit, zda jsou či nejsou pravdivé. 😉

    • Vítězslav Škorpík Redakce napsal:

      Titulek mi nepřijde clickbaitový. Vždyť jen reaguje na dotaz z pokecu s Kosmonautixem, který zněl přesně takto a taky na různé nesmysly šířící se internetem.
      Podle mne by byl clickbaitový titulek kdyby zněl třeba takto. „Šokující zjištění. Neuvěříte co vědci našli.“ Nebo „Webbův dalekohled vyvrátil teorii velkého třesku!!!“ Nebo „Přepište učebnice. Celá fyzika je špatně.“

      • Ondřej J. napsal:

        Nezlobte se, ale asi nerozumíte slovu clickbait. Pokud by titulek zněl tak, jak uvádíte, tak bych byl sice ohromen a článek bych si okmažitě otevřel, ale zároveň bych se v něm s velkou pravděpodobností dočetl, že webbův dalekohled opravdu vyvrátil teorii velkého třesku, protože kosmonautixu zdedůvěřuji, že nepíšete blbosti.

        Vy jste ale použil v titulku senzační otázku, a následně někde ve 2/3 článku jste si na ni odpověděl, že „Samozřejmě, že ne!“, jakoby byla blbost si to vůbec myslet. Takový nadpis se hojně používá na youbube právě pro zaujmutí a kliknutí, nažeč se v obsahu zpravidla dozvíme, že se vlastně nic zlváštního neděje, proto clickbait :).

        Neřešto to, jde o blbost 🙂 Děláte dobře svou práci a rád čtu Vaše články. Je fajn, že si tady člověk může trochu zasnít a není to jenom o „motorech s uzavřeným cyklem“ apod. 😀

        • Vítězslav Škorpík Redakce napsal:

          „Nezlobte se, ale asi nerozumíte slovu clickbait. Pokud by titulek zněl tak, jak uvádíte, tak bych byl sice ohromen a článek bych si okmažitě otevřel, ale zároveň bych se v něm s velkou pravděpodobností dočetl, že webbův dalekohled opravdu vyvrátil teorii velkého třesku, protože kosmonautixu zdedůvěřuji, že nepíšete blbosti.“

          Ano, to by byl skutečný clickbait a i dezinformace z mojí strany. Vy byste sice věděl, že to asi není pravda, ale stovky dalších nikoliv.
          Takže se nezlobte, ale musím trvat na tom, že můj titulek clickbait není. Není to tak, že by ta otázka zůstala bez odpovědi nebo, že by byl článek o něčem úplně jiném. Navíc jsem myslím dost jasně vysvětlil proč byl titulek použit. A článek je vlastně celý o tom, proč to tak není.

          „Vy jste ale použil v titulku senzační otázku, a následně někde ve 2/3 článku jste si na ni odpověděl, že „Samozřejmě, že ne!“, jakoby byla blbost si to vůbec myslet. Takový nadpis se hojně používá na youbube právě pro zaujmutí a kliknutí, nažeč se v obsahu zpravidla dozvíme, že se vlastně nic zlváštního neděje, proto clickbait :).“

          Ne, nejedná se o žádnou senzační otázku. Pro lidi, kteří tomu příliš nerozumí jde o poměrně logickou a seriózní otázku, která může být na místě. Proto je zcela logické vysvětlit proč to není pravda, co nás k tomu vede a jak to víme.
          A všimněte si, že ta odpověď má v tom místě článku jasný smysl. Vzhledem k předchozímu textu. Takže ne, nejde o clickbait.

          „Neřešto to, jde o blbost “

          V tom případě nemohu nepoložit otázku, proč jste s tím vůbec začal. Mohl jste ušetřit čas nám oběma.

          • Ondřej J. napsal:

            To je zajímavé, že o tom, že by měl webb vyvrátit teorii velkého třesku, se právě poprvé dozvídám až tady, a to běžná mass media, twitter, i o kosmonautice sleduji poměrně pečlivě.
            Kromě toho, že nemáte moc smysl pro humor, asi bude kámen úrazu i v tom, že každý sledujeme jiná média/zdroje nebo těm vašim přisuzujete až příliš velkou vážnost.
            Prostým googlováním jsem nenašel titulek, který by hlásal, že webb (možná?) vyvrátil teorii velkého třesku, jako ten váš dnešní. Jedině Vědátor se tomu věnuje, ale ten to napsal právě tak, aby měl senzace chytivý čtenář hned jasno. Tady možná pochopíte ten rozdíl.
            Poroučím se, ať se daří, Ondra

            • Vítězslav Škorpík Redakce napsal:

              Ale ano, to že používám jiné zdroje a možná jim přikládám příliš velkou důležitost jsem schopen a ochoten připustit. Jakožto člen klubu skeptiků musím sledovat kromě těch seriózních i různé alternativní pavědecké a pseudovědecké zdroje. A zvláště v těch zahraničních se útoky na kosmologii a velký třesk objevují často. A protože už mám nějakou zkušenost, vím celkem jistě, jak jsou tyto weby nebezpečné. To ale nutně neznamená, že jim skutečně nepřisuzuji větší váhu než si zaslouží. Což je také odpověď na otázku, odkud byste mohl o údajném vyvracení teorie velkého třesku vědět. V amerických alternativních kruzích se to jede ve velkém.

              Proč jsem použil tento titulek jsem už zdůvodnil. Můžete s tím samozřejmě nesouhlasit, to vám neberu. Ale nic jiného s tím dělat neumím.
              Vědátor má takový titulek, jaký má. A já je nemohu vykrádat.

              Děkuji za přání. Mějte se pěkně.

Zanechte komentář

Chcete-li přidat komentář, musíte se přihlásit.