Gravitace funguje jako čočka. Ohýbá prostor, stáčí čas a zvětšuje světlo, které by jinak zůstalo skryto ve tmě. Albert Einstein to navrhl před sto lety. Pochopil, že masivní objekty mohou deformovat strukturu vesmíru a protahovat světlo ze vzdálených zdrojů, když jimi prochází. Dnes tomuto jevu říkáme gravitační čočka. Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) používá toto předvídatelné kosmické zkreslení k tomu, aby viděl nejstarší relikvie vesmíru.
To už není jen teorie. Jedná se o pracovní nástroj v arzenálu observatoří. Podívejte se na nejnovější snímek chaotické kupy mladých galaxií s názvem MACS J053.4-042 od JWST. Zde jsou Einsteinova „zrcadla šílenství“ nabitá. Obrázek ukazuje dvě masivní galaxie zamčené v boji, obklopené pozadím matného, starověkého hvězdného světla zvětšeného pouhou tíhou hmoty mezi námi a raným vesmírem.
Srážka v souhvězdí Holub
Uprostřed snímku jsou dvě zářivě bílé majákové galaxie. Nacházejí se v souhvězdí Holuba. Podle Evropské vesmírné agentury (ESA) se tyto objekty nevznášejí jen samy. Jsou gravitačními centry svých vlastních podkup, obalených menšími podgalaxiemi. Tady ale klid není. Dojde ke srážce.
Světlo, které vidíme na tomto obrázku, opustilo zdroje, když byl vesmír starý asi 9 miliard let – tedy přibližně před 4,4 miliardami let. To není okamžik z hlediska kosmické evoluce, ale věčnost pro biologii. Tyto shluky jsou v procesu náhodného slučování. Dvě hlavní eliptické galaxie již prošly svými jádry. V současnosti je od sebe dělí přibližně 1 milion světelných let. Představte si deset Mléčných drah seřazených v řadě. Toto je šířka mezery, která se nyní uzavírá. Po miliardách let budou opět přitahováni, zcela splynou a stanou se jedním.
Tyto dvě kupy spolu nevycházejí, spojí se v procesu, který nakonec vytvoří jedinou obří galaxii.
Ale podívejte se za bílé středy. Podívejte se na okraje.
Vidět neviditelné pomocí gravitační čočky
Skutečný příběh leží v oranžových obloucích. Tyto zakřivené pásky světla rámují hlavní shluk jako ucha na šálku. Nejsou součástí místní skupiny. Toto jsou galaxie v pozadí mnohem vzdálenější, jejichž světlo bylo ohnuto a nataženo gravitací kupy v popředí. Bez efektu čočky by byly tyto signály příliš slabé na to, aby je detekoval i James Webb.
Gravitační čočka umožňuje astronomům studovat galaxie, které vznikly méně než miliardu let po velkém třesku. Zesiluje nejtišší ozvěny raného vesmíru a mění neviditelné objekty na jasné cíle pro průzkum. Pouze na levém oblouku snímku jsou tři jasné body – nejedná se o tři různé galaxie. Je to stejná galaxie, zachycená několikrát, protože její světlo procházelo různými cestami kolem čočky.
Toto není neobvyklá závada. Toto zkreslení se opakuje v celém zorném poli. Každý podlouhlý oranžový pás nabízí zdeformované okno do dávné éry vesmírné historie. Tímto vědci potvrzují, že raný vesmír tvořil hvězdy rychleji, než předpovídaly naše modely. Nejstarší struktury ve vesmíru jsou větší a vyspělejší, než současné teorie kosmologie předpokládají.
Proč je tato čočka důležitá pro hloubkové terénní studie
Gravitační čočka není jen hezký obrázek. Toto je hlavní metoda pro studium nejslabších, nejstarších galaxií. Použitím jednoho masivního kosmického útvaru (kupa galaxií) jako čočky k odhalení dalšího (vzdálených starověkých galaxií), JWST zaplňuje mezery v naší časové ose. Hmota shluku MACS 0453.3-042 funguje jako přirozená lupa, která nám umožňuje vidět detaily, které by bez takové pomoci byly rozmazané nebo neviditelné.
Vědci očekávají, že tato pozorování zaměstná astronomy na mnoho let. Každý nový snímek ukazuje, že formování raných galaxií bylo komplikovanější, rychlejší a složitější, než naznačovaly předchozí údaje. Vidíme vesmír ve stavu rychlé výstavby, zachycený ve vysokém rozlišení nejlepším dalekohledem v historii. Objektiv není zavádějící. Vesmír byl vždy divočejší, než jsme si mysleli.
A to je jen začátek toho, co bude moci tento dalekohled vidět.
