Raný vesmír

Zrození vesmíru je stále předmětem intenzivního výzkumu, přičemž momentálně nejuznávanější teorie ho popisuje následovně: Vesmír byl nekonečně malý, horký a extrémně hustý a před zhruba 13,8 miliardami let se začal prudce rozpínat. Během prvních zlomků vteřiny (přibližně 10⁻³² sekundy po velkém třesku) proběhla tzv. inflační fáze, kdy se vesmír rozpínal exponenciální rychlostí.

V nerozpínajícím se vesmíru by se dle speciální teorie relativity nemohly dvě částice vůči sobě nikdy pohybovat nadsvětelnou rychlostí. Pokud se ale prostor, v němž se částice nachází, rozpíná, jejich chování se řídí relativitou obecnou.

Obecná teorie relativity, která rozšiřuje speciální relativitu o působení gravitace a popisuje, jak hmota a energie zakřivují časoprostor, sice také zakazuje pohyb hmoty v prostoru rychlostí větší, než je rychlost světla, co však nezakazuje, je různým částem prostoru se od sebe vzdalovat nadsvětelnou rychlostí [1, 2].

Jak se vesmír dále rozpínal, tak se i ochlazoval a začaly vznikat nejprve základní částice (např. fotony, elektrony) a potom složitější částice, jako jsou protony či neutrony. Ty se pak začaly spojovat a vznikly tak nejranější prvky, jakými jsou např. vodík a helium.

Po nějakých 380 000 letech se vesmír natolik ochladil (na přibližně 3000 K), že atomová jádra mohla vázat elektrony. Kosmická „mlha“, kterou tvořily právě volné elektrony a přes které fotony nemohly cestovat, se rozplynula a světlo se mohlo začít pohybovat na velké vzdálenosti. Tento moment nazýváme rekombinací a pozorujeme ho dnes jako tzv. reliktní záření, známé také jako mikrovlnné pozadí – všudypřítomné slabé záření o teplotě přibližně 2,7 K, které sledujeme rovnoměrně ze všech směrů oblohy.

Zářivé hvězdy se objevily až jako shluky plynu a hmoty, které se staly tak horké, že v jejich centrech nastala jaderná fúze. To se dělo přibližně 100–200 milionů let po velkém třesku v období nazývaném kosmický úsvit. Dalších pár set milionů let pak trvalo, než se vytvořily první galaxie [3–5].

Rozpínání vesmíru

Jelikož světlo nemohlo volně cestovat vesmírem před okamžikem rekombinace, ke kterému došlo přibližně 380 000 let po velkém třesku, dřívější fotony nejsme schopni pozorovat. Nejstarší světlo, které k nám může dorazit, pochází z doby přibližně 13 miliard let zpět.

Vesmír se navíc neustále rozpíná a jeho rozpínání se řídí Hubbleovým zákonem, který říká, že rychlost vzdalování galaxií je přímo úměrná jejich vzdálenosti. Hubbleova konstanta vyjadřuje, jak rychle se vesmír rozpíná – čím větší je její hodnota, tím rychleji se galaxie ve vesmíru vzdalují. Současná hodnota Hubbleovy konstanty je zhruba 70 kilometrů za sekundu na megaparsek, což znamená, že galaxie vzdálená jeden megaparsek se od nás vzdaluje rychlostí 70 km/s [4, 6].

Pro vysvětlení: megaparsek je jednotka vzdálenosti používaná v kosmologii, která odpovídá milionu parseků, přičemž jeden parsek představuje vzdálenost, ze které by průměrná vzdálenost mezi Zemí a Sluncem (tzv. astronomická jednotka) byla na obloze vidět pod úhlem jedné obloukové vteřiny [3].

V raném vesmíru byla rychlost rozpínání mnohem větší než dnes. Galaxie, které dnes zkoumáme, jsou nyní mnohem dále, než byly v době, kdy jejich záření vyrazilo na svou pouť k nám. Když se záření vydalo na cestu, vesmír byl zhruba desetkrát menší než dnes. Během jejich cesty se prostor mezi námi a jejich původním domovem natáhl.

V době, kdy toto světlo vyrazilo na cestu, byly tyto galaxie vzdálené přibližně jen jednu miliardu světelných let. Kvůli neustálému rozpínání vesmíru k nám však světlo z pozorovaných galaxií cestovalo přes 13 miliard světelných let a dnes jsou tyto galaxie vzdálené přes 30 miliard světelných let.

Je to podobné, jako kdybyste běželi po eskalátoru jedoucím opačným směrem. I když běžíte konstantní rychlostí (jako fotony letící rychlostí světla), eskalátor (vesmír) pod vámi se pohybuje a vaše skutečná dráha je tak delší než délka eskalátoru.

Nejvzdálenější pozorovaný objekt

Pro zajímavost, nejvzdálenější pozorovaný objekt s červeným posuvem z ≈ 14, JADES-GS-z14-0, byl detekovaný loni v lednu Webbovým vesmírným dalekohledem.

Červený posuv (z) označuje, jak moc se vlnová délka světla z objektu prodloužila během jeho cesty k nám v důsledku rozpínání vesmíru – čím větší červený posuv, tím vzdálenější a starší je objekt, který pozorujeme.

Pozorování této galaxie potvrzuje, že zářivé galaxie existovaly již v rané fázi kosmického vývoje, přibližně 300 milionů let po velkém třesku, a jsou běžnější, než se dříve očekávalo [5].

Pro Zeptej se vědce odpovídala Monika