Kolik váží vesmír a jakou hustotu má „vesmírné vakuum“

Na sociální síti Quora, která staví na sdílení znalostí pomocí systému otázek veřejnosti a odpovědí odborníků v dané oblasti, se před časem objevil zajímavý dotaz: Co kdyby někdo vzal do volného kosmického prostoru láhev s pevným uzávěrem, na chvíli ji tam otevřel a zase zavřel, načež by se s ní vrátil na Zemi? Co by v ní pak bylo?

Ve skutečnosti jde o hezký myšlenkový experiment, který nám ukazuje povahu vesmíru a jeho složení. Výsledky pokusu by se samozřejmě odlišovaly podle místa, kde bychom láhev otevřeli. Pokud by k tomu došlo na nízké oběžné dráze Země, pak by se její obsah podstatně lišil od toho, který bychom získali u Měsíce nebo třeba u hvězd, jiných planet, přirozených satelitů, komet či asteroidů. Láhev by vždy ve zvýšené míře obsahovala atomy nebo nepatrné částice charakteristické pro prostředí v blízkém okolí zmíněných těles. Jaká situace by ovšem nastala ve volném kosmickém prostoru?

Jak je hustý? 

Průměrná hustota vesmíru patří k číslům, jež kosmology velmi zajímají. Od její hodnoty se totiž odvíjí zejména budoucnost našeho kosmu: Pokud by byla větší než tzv. kritická hustota, začal by se vesmír v určitém okamžiku smršťovat, zatímco je-li naopak menší, bude se kosmos rozpínat navždy. Vědci ji přitom v poslední době odvozují z dat evropského teleskopu Planck, který nedávno důkladně zmapoval reliktní záření celého vesmíru.

V současnosti se kritická hustota odhaduje na pět atomů vodíku v 1 m³, roli však hraje také ne zcela pochopená skrytá látka, tedy temná hmota, a rovněž temná energie. Běžná látka totiž ve skutečnosti tvoří pouze 4,8 % z uvedené hodnoty, což odpovídá přibližně jednomu atomu vodíku na 4 m³ vesmírného prostoru. Ve zbytku jde o 26,8 % temné hmoty, 68,3 % temné energie a 0,1 % neutrin, která sice formálně představují hmotné částice, ale vzhledem ke své povaze se chovají spíš jako záření.

TIP: Tajemství Velkého třesku: Co se stalo během první sekundy?

Podle stávajících měření je průměrná hustota všech komponent vesmíru v rámci exaktnosti měření přesně kritická, kosmos je tedy v podstatě plochý. Jeho neustálé rozpínání zabezpečuje přebytek temné energie s odpudivým účinkem (viz Kde se vzala temná energie?). Hustota „vesmírného vakua“ se však od předchozí hodnoty místně odchyluje a větší je přirozeně v rámci galaxií. V okolí Země činí průměrná hustota 1–10 atomů v 1 cm³, což shodou okolností zhruba odpovídá průměrné hodnotě prostoru v Galaxii, jež se však místně odchyluje i tisíckrát na obě strany. Absolutní prázdno každopádně nikde v kosmu nenajdeme: I v naprosté „pustině“ neustále vznikají páry částice–antičástice a téměř okamžitě anihilují. Odborníci mluví o fluktuacích vakua nebo energii vakua.