Fascinující snímky vesmíru jsou jen začátek, říká astronom. Webbův teleskop dohlédne ještě dál

Teleskop bude pozorovat nejen daleký vesmír, ale i planety naší sluneční soustavy, připomíná český vědec Jiří Svoboda.

webb-stephanuv-kvintetRozhovor

Foto: NASA

Stephanův kvintet, jedna z prvních fotografií Webbova teleskopu

V úterý spatřily světlo světa první snímky, které pořídil vesmírný teleskop Jamese Webba. Téměř půl roku po jeho vypuštění ze Země je již jeden z nejambicioznějších vesmírných projektů historie plně funkční a můžeme očekávat, že výrazně posune hranice lidského poznání.

První zveřejněné snímky měly především demonstrovat, co teleskop umí. Zaměřil se jak na celé hvězdokupy, tak konkrétní planetu. Celou událost pečlivě sledoval i astronom Jiří Svoboda. V Astronomickém ústavu AV ČR se zabývá rentgenovou astronomií, zejména pozorováním černých děr v centrech aktivních galaxií.

V rozhovoru pro CzechCrunch mluví o tom, co umí jednotlivé přístroje teleskopu, co je to hvězdná porodnice nebo na jaké objekty se Webbův vesmírný teleskop zaměří v budoucnu. Mimo jiné i na takové, které jsou Zemi velice blízké – třeba na Mars. „Může se to zdát zvláštní, když na Mars můžeme poslat družice, které planetu mohou pozorovat zblízka, ale tato pozorování mohou přinést celou řadu cenných informací,“ říká.

Paleta schopností Webbova vesmírného dalekohledu je totiž opravdu široká – na jednu stranu dokáže přinést data o jednotlivých planetách, na stranu druhou pak pozorovat i celé galaxie, které vznikly jen pár stovek milionů let po Velkém třesku.

svoboda-astronom

Foto: Astronomický ústav AV ČR

Astronom Jiří Svoboda

Webbův vesmírný teleskop pozoruje kosmos v infračerveném, pro lidské oko neviditelném spektru. Jak to, že pak ale ve výsledku vidíme takhle pěkné barevné fotky? Nejsou barvy ve výsledku jen simulace?
Obrázky jsou počítačově upravené, ale odpovídají celkem dobře realitě. Protože Webbův teleskop pozoruje infračervené světlo, obrázek neukazuje přesně to, co bychom viděli očima. Ale stejně jako viditelné světlo má i infračervené různou vlnovou délku a podle ní jsou fotky přibarvené. To, co odpovídá delším vlnovým délkám, je v obrázcích zdůrazněno červenou barvou. Kratším vlnovým délkám naopak odpovídá modrá barva.

Jaké výhody přináší přístroje, které tvoří různé druhy snímků?
Je to o kombinaci různých vlnových délek, které jsme schopni snímat. Na každé vlnové délce pak vynikne něco jiného a každá tak přináší trochu jiné informace. To je krásně vidět na příkladu planetární mlhoviny Jižní prstenec. Na středních infračervených vlnových délkách je tam vidět vedle jasné hvězdy i druhá hvězda, která tu planetární mlhovinu vytvořila.

Dvě hvězdy v jedné planetární mlhovině – to je nová informace?
Vědělo se, že jsou tam dvě hvězdy a že ta hvězda viditelná na namodralém snímku není původcem planetární mlhoviny. Ta možná v budoucnu vytvoří i svou vlastní planetární mlhovinu. Původcem je ta červená hvězda, která má svou barvu proto, že je obklopena prachem – vevnitř je ve skutečnosti bílý trpaslík, tedy hvězda, která je velmi malá a horká. Například bílý trpaslík, který vznikne jednou ze Slunce, bude mít velikost naší Země a zároveň bude mít asi 100 tisíc stupňů Celsia. Tato fotografie nám tak může pomoci pochopit, jak to bude vypadat, až se jednou do této fáze dostane naše sluneční soustava.

webb3_main_image_stellar_death_s_ring_miri_nircam_sidebyside-5mb-min-scaled

Foto: NASA

Jižní prstenec, jeden z prvních objektů pozorovaných Webbovým teleskopem

Kromě kamer disponuje Webb i spektrografem. K čemu slouží?
Z obrázků vidíme krásně strukturu a jsme schopni říct, že se na daném místě ve vesmíru něco děje. Z takzvaných spektrálních čar se pak následně více dozvídáme o chemickém složení, teplotách či rychlostech plynů v daném místě. Spektrální čáry nám také umožňují měřit vzdálenosti zkoumaných objektů. Vzhledem k rozpínání vesmíru se ve vzdálených galaxiích posouvají do červené oblasti spektra. Další využití více přístrojů bylo dobře vidět i třeba v případě obrázku Stephanova kvintetu. Na blízkém infračerveném záření jsou vidět interagující galaxie, ale na středních vlnových délkách krásně vyniklo centrum galaxie, kde dopadá velké množství hmoty na černou díru.

Stephanův kvintet zobrazuje poměrně jasně dvě galaxie, které se slučují. Kromě toho je ale nalevo i galaxie, která je výrazně blíž než ty ostatní, asi 40 milionů světelných let. Zaujalo mě, že v ní jsou zřetelně vidět hvězdy. Co jsme schopni se na takovou vzdálenost dozvědět o jednotlivých hvězdách v této galaxii?
Nedozvíme se ani tak tolik o samotných hvězdách, jako spíš o oblastech, kde se ty hvězdy tvoří. Budeme moci studovat, jak tam hvězdy vznikají a obecně jak tvorba hvězd souvisí například s aktivním jádrem galaxie a dalšími procesy v galaxiích. Už od Hubbleova teleskopu se v případě Stephanova kvintetu vědělo, že jsou tam dvě galaxie, které se spojují, ale Webb nám přináší mnohem větší detaily. Včera se ještě neprezentovalo vše, co je na snímku vidět. Tohle byl jen začátek zkoumání a bude trvat několik měsíců až let, než tato pozorování plně přetavíme v nové vědecké poznatky.

Jak se vlastně stane, že dvě galaxie splynou v jednu? A je možné, že v budoucnu je uvidíme už jako jedno těleso?
Stejně jako na sebe gravitační silou působí jednotlivé planety, působí na sebe i celé galaxie. Pokud mají relativně malé rychlosti a míří na sebe svými středy, tak budou ztrácet energii, dostávat se blíž a blíž, až centra obou galaxií splynou. Jednotlivé hvězdy si galaxie mohou vyměnit, promíchat a změnit jejich dráhy. Tento proces ale bude trvat řádově miliony let, takže určitě se toho nedočkáme v našich životech. Musíme si uvědomit, že tyto dvě galaxie jsou od sebe pořád tisíce světelných let daleko.

Vidíme de facto hvězdnou porodnici.

Možná nejvíce vášní pak způsobil snímek mlhoviny Carina. Zachycuje spoustu různých detailů, ale na co se vlastně celkově díváme? Z čeho je složená ta velká oranžová masa?
Vidíme de facto hvězdnou porodnici. Na počátku životního cyklu hvězd je obrovské mračno prachu a plynu. Když do něj přiletí tlaková vlna, například z nedaleké vybuchlé supernovy, začnou se v těchto mračnech rodit nové hvězdy. V mlhovině Carina dochází k relativně intenzivní tvorbě tisíců nových hvězd. Když pak tento snímek srovnáme s tím, co ve stejné oblasti pořídil Hubble, tak je jasné, že pozorujeme více konkrétních hvězd, protože infračervené světlo dokáže prosvítit i všudypřítomnou pracho-plynnou mlhovinu.

Dá se říct, jak mladé hvězdy máme možnost v tomto případě pozorovat?
Jakmile budeme studovat ty jednotlivé hvězdy, tak ten věk půjde zhruba odhadnout. Přesně to nelze určit, ale typicky jsou to hvězdy, které se tvoří poslední jednotky milionů let. V těchto hvězdokupách se tvoří hvězdy různých hmotností a ty, které jsme viděli s Hubblem, byly veliké, třeba třicetkrát hmotnější než naše Slunce. A to proto, že jsou zároveň i velmi jasné. Vyvíjí se tam ale i hvězdy, které jsou menší než Slunce a Webb je umožní sledovat. Můžeme tak třeba i zkoumat, proč se hvězdy tvoří v tak velkém množství najednou nebo proč se většina tvoří ve dvoj-, troj-, či dokonce čtyřhvězdách.

webb-regular

Foto: NASA

Planetární mlhovina, kterou vyfotil Webbův teleskop

Pojďme na ten takzvaný deep field snímek, který byl zveřejněn jako první. Z laického pohledu vidíme spoustu galaxií a asi je to jeden z těch méně vizuálně vzhlednějších snímků, ale co se z toho nového dozvídáme?
Mně naopak přijde tento snímek jako nejzajímavější, ale je třeba si jej projít v maximálním rozlišení. Jsou pak rozpoznatelné jednotlivé struktury galaxií a to jsou opravdu fascinující detaily. NASA říká, že jen na tomto snímku jsou tisíce galaxií, které jdou zkoumat. Z vědeckého pohledu budou zajímavé zejména ty, které jsou vidět jen velmi slabě, protože jsou hodně vzdálené.

To jsou ty malé načervenalé tečky.
Přesně tak. Podle spektra pak lze určit jejich vzdálenost docela přesně. Jedna z těch galaxií je vzdálená 13,1 miliardy světelných let, přitom vesmír samotný je starý asi 13,8 miliardy let. Není to přitom ani ta nejvzdálenější galaxie, kterou Webb bude zkoumat, ví se o ještě vzdálenějších kandidátech. Ostatně zkoumat první galaxie je jeden z hlavních cílů Webbova teleskopu.

webb-deep-field

Foto: NASA

Pohled do vzdáleného vesmíru z Webbova teleskopu

webb_2weic2209e-min

Foto: ESA

Spektrální rozbor zatím nejstarší pozorované galaxie

webb3a_weic2209a-min

Foto: ESA

Tisíce různých světů. Každá z těchto teček je galaxie vzdálená miliardy let

Co bude lidstvo o těchto starých galaxiích zjišťovat?
Zajímat nás bude, jak dlouho se po velkém třesku formovaly a z čeho byly složené. Původní galaxie by totiž měly být podstatně menší, než je naše Mléčná dráha. Teprve až vývojem trvajícím miliardy let se tvořily takové, které dosahují dnešních velikostí a spirálovitých tvarů. Už ostatně víme, že galaxie, jako je ta naše, jsou výsledkem srážky několika galaxií.

Poslední odhalený poznatek byl spektogram planety WASP-96b. Ta planeta je v porovnání s ostatními pozorovanými objekty blízko, nějakých 1 150 světelných let. Co dokáže Webb zjistit o takto relativně blízkých planetách?
Nejenže je blízko, ale uvědomme si, na jak relativně malý objekt se díváme oproti těm celým galaxiím a hvězdokupám. Tady mluvíme o rozměru, který bychom ještě mohli dobře měřit v kilometrech a ne světelných letech. Takovou exoplanetu (planeta mimo sluneční soustavu – pozn. red.) nemůžeme zobrazit přímo, ale můžeme ji pozorovat, když prochází před svou hvězdou. Poměrně překvapivým závěrem bylo, že v atmosféře WASP-96b vědci detekovali velké množství vodních par. Ještě není vysvětleno, proč některé exoplanety takovou oblačnost v atmosféře mají a některé ne. Webb jich ale bude pozorovat celou řadu, takže na větším vzorku to možná zjistíme.

webb-niriss

Foto: NASA

U jedné z exoplanet našel Webbův teleskop vodu

Nicméně i když jsme objevili vodu v atmosféře, tak v tomto případě to neznamená známky života.
Ano, neznamená, protože je to obří plynná planeta velmi blízko své mateřské hvězdy. Voda v tomto případě nebude zcela určitě pršet, protože atmosféra je tam ohřátá na tisíce stupňů Celsia. Na exoplanety, které jsou více podobné Zemi, se Webb zaměří taktéž, ale hlavně se jim pak přímo budou věnovat i jiné mise, třeba Plato a Ariel z Evropské vesmírné agentury.

Poměrně překvapivou informací pro mě bylo, že Webb se bude dívat i na planety naší Sluneční soustavy. Proč vědci budou vynakládat kapacitu teleskopu na vesmírná tělesa, která známe nejspíš vůbec nejlépe?
Tato pozorování mohou přinést řadu cenných informací. Může se to zdát zvláštní, když na Mars můžeme poslat družice, které planetu mohou pozorovat zblízka. Nicméně Webbův teleskop disponuje velmi citlivými spektrografy, které by byly na vozítkách Curiosity nebo Perseverance velmi nákladné. Webb tedy doplní jejich měření. V případě planet jako Jupiter nebo Neptun je to podobné – když k nim vysíláme družice, spíš vědci dávají přednost jiným instrumentům, než jsou velmi citlivé infračervené spektrografy. Webb se ale může hodit i na zkoumání komet či asteroidů v naší Sluneční soustavě.

Kdyby měl Webb zkoumat celou oblohu metodou deep field, tak by mu to podle různých výpočtů trvalo několik desítek tisíc let. Takovou životnost samozřejmě nemá, mise je plánovaná na 20 let. Podle jakého klíče tedy vědci budou určovat, na co se zaměří?
Na světě jsou i dalekohledy a mise, které jsou designované na snímání celé oblohy, ale to není případ Webba. Je to velice citlivý dalekohled, ale k tomu zároveň potřebuje se zaměřit na malé okénko vesmíru, o němž následně zjišťuje co nejvíce informací. Tato okénka si definuje vědecká komunita a měla by odrážet celkové cíle mise. Jakýkoliv vědecký tým může navrhnout objekt zájmu, který by teleskop mohl zkoumat, když prokáže, že zrovna tam by Webb mohl pomoci. Typicky se budeme dívat na objekty, které byly pozorovány v minulosti, jen tentokrát s větším detailem. Samozřejmě má ale Webb potenciál i zcela nových objevů.

Jiří Svoboda

Redaktor CzechCrunch, student politologie a mediálních studií na FSS MU. Píše texty o vesmíru, sociálních sítích a technologiích.

Redaktor CzechCrunch, student politologie a mediálních studií na FSS MU. Píše texty o vesmíru, sociálních sítích a technologiích.