Oko

Kdy vznikly první hvězdy

Tmavé období vesmíru zřejmě skončilo mnohem dříve, než jsme se dosud domnívali. Podle současných teorií se první obří hvězdy rozsvítily zhruba dvě stě milionů let po velkém třesku.

Mlhovina IC 434 Koňská hlava
Mlhovina IC 434 Koňská hlava, pozorovatelná v souhvězdí Orionu, je nejznámější oblastí vzniku hvězd. Je od nás vzdálena 1400 světelných let.

"Odkud živí nebe své hvězdy?" ptal se římský básník a filozof Lukrecius před více než dvěma tisíci let. Moderní astronomie již zná odpověď: Hvězdy vznikají z kosmického prachu a plynů a živí se fúzí atomových jader. Přitom produkují záření a těžší prvky.

Zrod a zánik hvězdy se navzájem překvapivě podobají. Existence masivní hvězdy je na obou koncích ohraničena jemně rozptýlenými oblaky prachu a barevně mihotavým plynem. Z prachu se rodí a v prach se obrátí. Tedy alespoň zčásti, neboť někdy po sobě zanechávají vyhořelé zbytky v podobě bílých trpaslíků, neutronových hvězd a černých děr. Krátce před zánikem se ještě naposledy nadmou, zvětší svůj objem a stanou se na čas červenými obry. Přitom odhodí svrchní vrstvy do okolního prostoru a vytváří fantastické hry barev a tvarů. Takto vznikají planetární mlhoviny - útvary považované kdysi mylně za planety.

Trosky vyhořelých hvězd jsou pak materiálem pro vznik budoucí generace nových hvězd. Tento koloběh je důležitý pro budoucí vznik života, neboť právě při něm vznikají všechny těžší chemické prvky. Veškerá hmota na naší Zemi včetně našich těl je vlastně složena z popela vyhořelých hvězd. Jsme skutečným hvězdným prachem.

První hvězdy

Kdy se ve vesmíru poprvé objevilo světlo zářících hvězd? Po velkém třesku byla ve vesmíru žhavá hustá hmota a záření, avšak žádné hvězdy. Neprůhledný vesmír v podobě žhavé koule se rychle rozpínal a současně se ochlazoval. Při teplotě 3500 kelvinů začala atomová jádra zachycovat dosud volné elektrony. Vesmír zprůhledněl a světlo mělo volný prostor k šíření. Stalo se tak zhruba 380 000 let po velkém třesku a celá fáze trvala asi 100 000 let. Světlo z této doby můžeme dnes zachytit jako zbytkové neboli reliktní záření kosmu, vlivem rozpínání vesmíru posunuté do oblasti radiových vln. Astronomům pomáhá získávat informace o nejstarším období vesmíru i o trvání temného období, tedy doby, která předcházela vzplanutí prvních hvězd.

Sonda WMAP

Měřením tohoto záření se dnes zabývá především kosmická sonda WMAP. Sonda obdržela jméno podle amerického kosmologa, dnes již zesnulého profesora Davida Wilkinsona, který se problémem reliktního záření zabýval celý život. Sonda WMAP, která pracuje ve vzdálenosti 1,5 milionu kilometrů od Země, odstartovala na palubě rakety Delta v červnu 2001. Měření začala provádět v listopadu téhož roku. Podle nově získaných údajů mohly první protogalaxie vzniknout již 100 až 400 milionů let po velkém třesku. Dosavadní představy počítaly se vznikem hvězd až miliardu let po velkém třesku.

Vznik prvních hvězd

Scénář vzniku prvních hvězd mohl vypadat přibližně takto: Nejprve se vlivem gravitačních sil pomalu zahušťovala primární hmota do protogaxií. V nich se koncentrovaly prvotní plynové oblaky a vznikl molekulární vodík H2, jehož působením se vnitřní vrstvy oblaků ochladily až na 200-300 kelvinů. Hmota se dále zhušťovala a vznikaly první hvězdy o hmotnosti sto až tisíckrát vyšší než naše Slunce. Vzhledem k existenci pouze lehkých prvků (po velkém třesku existoval jen vodík, helium a stopy lithia) byly první hvězdy kompaktnější a jejich povrch žhavější (dvacetkrát žhavější než povrch Slunce). Velkou část energie vydávaly v podobě ultrafialového záření. To zahřálo a ionizovalo oblaka vodíku a helia ve svém okolí. Tento jev pak způsobil polarizaci zbytkového záření vesmíru, kterou zachycuje a měří sonda WMAP. První gigantické hvězdy měly vzhledem k velké hmotnosti relativně nízkou životnost - pohých několik milionů let. Poté explodovaly jako supernovy a do okolí rozptýlily svůj materiál obohacený o atomy těžších prvků.

Těžší prvky (například kyslík, uhlík ...) dokázaly při vzniku následné generace hvězd ochladit vnitřek smršťujícího se plynového mračna na mnohem nižší teplotu (deset kelvinů), než bylo typické pro první generaci. To umožnilo vznik menších hvězd a současně se zvýšil jejich počet. Následně rostl i počet supernov a množily se i pozůstatky jejich explozí, černé díry. Ty stále nenasytněji pohlcovaly hmotu ve svém okolí a uvolňovaly přitom značné množství energie. Tak vznikaly nejpozději miliardu let po velkém třesku kvasary, nejzářivější tělesa ve vesmíru.

Světlo kvasarů vzdálených miliardy světelných let prochází oblaky vodíku a přináší na Zemi informace o jejich hustotě, velikosti, stáří, pohybu a vývoji. Keckův teleskop na Havajských ostrovech a dvaapůlmetrový teleskop v Novém Mexiku nalezly v rámci programu SDSS dosud několik tisíc kvasarů.

Pomocí Hubbleova teleskopu se podařilo dokázat ve spektru tří z nejvzdálenějších a tedy nejstarších pozorovaných kvasarů přítomnost železa. Znamená to, že v té době již byla ukončena fáze vzniku a opětného zániku hvězd první generace, neboť pouze takto mohly vzniknout těžší prvky, k nimž železo patří. Stopy objevených zaniklých hvězd sahají do doby 500 až 800 milionů let po velkém třesku. Víme tedy, že základní stavební kameny naší Země existavaly již mnoho miliard let před jejím vznikem. Podobné výsledky přináší i další pozorování. V kvasaru vzdáleném 12,7 miliardy světelných let (stáří vesmíru vychází podle měření sondy WMAP přibližně na 13,7 miliardy let) objevili vědci ohromná množství oxidu uhelnatého, další důkaz existence dávných hvězd.

Všechna pozorování ukazují, že velké množství hvězd existovalo již v době, kdy náš vesmír měl za sebou pouze šest procent současného stáří. Zjištěné křemičitany pocházejí zřejmě z explozí krátkověkých obřích hvězd o velikosti čtyřiceti a více Sluncí, uhlík pak z menších hvězd o velikosti dvou až pěti Sluncí. I ty musely vzniknout již v rané fázi vývoje vesmíru. Vědci si nejsou zcela jisti, zda první hvězdy měly výhradně podobu velkých obrů. Pokud by již tehdy vznikly i méně hmotné hvězdy, mohly by zářit ještě dnes. Najít je by bylo velmi složité. Jedním z kandidátů je hvězda HE0107-5240 v souhvězdí Fénixe. Při zkoumání tohoto vesmírného objektu o hmotnosti 0,8 Slunce se ukázalo, že má velmi primitivní chemické složení. Prakticky nevykazuje těžké prvky, například obsah železa je v ní dvěstětisíckrát nižší než u Slunce. V jejím spektru bylo prokázáno pouze devět těžších prvků. Jiné hvězdy s nápadně nízkým obsahem železa mají 40-60 těžších prvků. HE0107-5240 by tedy mohla být opravdovým kosmickým metuzalémem, jednou z prvních hvězd vesmíru.

Další články

Teorie strun
Sonda Galileo, jejímž úkolem bylo prozkoumat čtyři největší Jupiterovy měsíce.
Vesmír ve tvaru trychtýře
Černá díra je oblast prostoročasu, v němž je hodnota únikové rychlosti z této oblasti větší nebo rovna rychlosti světla ve vakuu.
Cena helia stoupá v důsledku zvýšené poptávky po tomto plynu.
Způsoby měření teploty a používané druhy teploměrů.
Byla Betlémská hvězda supernovou?
Měření tuku v těle umožňují hodinky, které vynalezli japonští tvůrci.
Barvy v nás vyvolávají nejrůznější pocity.

Informační stránky Yin.cz Jak Google využívá data, když používáte weby nebo aplikace našich partnerů