Kosmická pavučina: Mezigalaktický prostor je protkaný dlouhými vlákny vodíku

Z dosavadních přehlídek svítícího obsahu kosmu vyplynul kvalifikovaný odhad, že jen v jeho části dostupné našim pozorováním existují nejméně stovky miliard galaxií. Přitom ještě krátce po první světové válce převládal názor, že je vesmír totožný s Mléčnou dráhou jako jediným hvězdným ostrovem! Ostatní se považovaly za pouhé „mlhoviny“, nacházející se v jejím nitru či v blízkém okolí.

Velká prázdnota

Galaxie vyplňují pozorovaný kosmos v úhrnu pravidelně. Určit jejich prostorové rozložení není sice snadné, vědci však objevili řadu dílčích galaktických uspořádání v menším a středním měřítku: od nepočetných, jako je naše Místní skupina s dominantní M31 a Mléčnou dráhou, k početnějším kupám a superkupám, obsahujícím stovky až tisíce galaxií shromážděných v jakýchsi plochách či stěnách a liniích. Zmíněné struktury jsou obklopeny obrovskými prostory, kde se nevyskytuje téměř žádná svítící hmota – „kosmickými prázdny“.

Strukturování však končí v měřítku zhruba 300 milionů světelných let, přičemž mluvíme o tzv. konci velikosti. Nad ním se vesmír jeví jako homogenní a izotropní čili rovnoměrný a stejnorodý od jednoho místa k druhému a v každém směru, v souladu s kosmologickým principem.

Vodíková vlákna

Základní rozložení hmoty v kosmu tak připomíná pěnu s velkými bublinami: Rozměrná seskupení galaxií obsahují obrovské množství běžné i temné hmoty, astronomové však předpokládají, že většina kosmického plynu se nachází právě v oněch „prázdnech“, v prostorech mezi galaktickými kupami či superkupami. Podle řady počítačových simulací by mělo víc než 60 % vodíku vytvořeného při Velkém třesku přetrvávat ve formě dlouhých vláken, jež se táhnou mezigalaktickým prostředím – s nízkou hustotou, takže jsou prakticky neviditelná. Popsaná struktura získala posléze poe­tickou přezdívku „kosmická pavučina“.

Ovšem jedna věc jsou grafická schémata prostorového rozložení, vycházející z galaktické statistiky či z počítačových simulací, a něco úplně jiného představují reálná pozorování. Astronomové z mezinárodního týmu v čele s Hidekim Umehatou z RIKEN Cluster for Pioneering Research v japonském Wako-ši oznámili v časopise Science, že jako první skutečně přímo sledovali vlákna kosmické pavučiny. Povedlo se jim to zejména díky dvěma přístrojům: Zaprvé šlo o detektor MUSE neboli Multi Unit Spectroscopic Explorer dalekohledové soustavy Very Large Telescope (VLT) Evropské jižní observatoře v Chile, konkrétně umístěný na teleskopu Yepun. A zadruhé o detektor Suprime-Cam japonského dalekohledu Subaru na havajské observatoři Mauna Kea.

„Kapačky“ pro galaxie 

Pozorovaná vlákna se táhnou na vzdálenost několika milionů světelných let a propojují hvězdné ostrovy v mimořádně rozsáhlé protokupě SSA22, která se na obloze promítá do souhvězdí Vodnáře. Dělí ji od nás přibližně 12 miliard světelných roků, tudíž nám její světlo nyní ukazuje dění v první pětině odhadovaného stáří vesmíru. 

Protokupa o průměru zhruba 200 milionů světelných let představuje soubor mladých galaxií a obrovských bublin kosmického plynu. Vlákna podle všeho umožnila samotný vznik hvězdných ostrovů a dál jim – v jakési životodárné infuzi – dodávají chladnoucí plyn, který dovoluje intenzivní tvorbu stálic v galaxiích, jakož i růst superhmotných černých děr v jejich středech. 

Shora dolů

V astronomii dlouho převládala představa, že hvězdné ostrovy vznikají a organizují se do kup „zdola nahoru“, tedy že se nejprve zrodily a teprve poté seskupily. V současnosti má však obecně navrch názor, že na začátku byla dlouhá vlákna hmoty a kupy galaxií i jejich jednotlivé členky se utvářely tam, kde se vlákna křížila, a kde tudíž existovaly oblasti s vyšší hustotou hmoty. 

Popsaný pohled na věc podporují také nová pozorování ukazující, že průsečíky vláken zahrnují aktivní galaktická jádra čili superhmotné černé díry a galaxie s překotnou tvorbou hvězd. Tuto polohovou shodu potvrdily údaje získané s využitím dalších dvou přístrojů z astronomické „první ligy“: anténní soustavy Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) a dalekohledů Keckovy observatoře na Havaji.

Základ pozorování ovšem tvořila měření zmíněným detektorem MUSE v ultrafialové oblasti spektra v čáře Lyman-alfa. Členové týmu shledali, že je příslušné záření příliš silné, než aby pocházelo pouze z kosmického UV pozadí – a z analýzy detailů naměřených dat následně vyplynulo, že vzniká při specifických procesech v galaxiích.

Klíč k pochopení

„Naše nová sledování výrazně naznačují, že právě plyn padající podél vláken vlivem vlastní gravitace spouští formování galaxií, ve kterých poté probíhá intenzivní tvorba hvězd a v jejichž středu vznikají superhmotné černé díry. Vesmír tak nabývá strukturu, kterou v něm dnes pozorujeme,“ shrnul výsledky Hideki Umehata.

TIP: Galaxie s překvapením: Obklopuje ji záhadný obrovský prstenec vodíku

„Tato pozorování nejslaběji svítících největších struktur ve známém vesmíru tvoří klíč k pochopení jeho evoluce – toho, jak rostou a dozrávají hvězdné ostrovy, i toho, jak proměnlivé prostředí kolem nich vytvořilo podobu kosmu, kterou vidíme okolo nás,“ komentovala objev Erika Hamdenová z University of Arizona v Tucsonu.