VZDÁLENÁ KUPA GALAXIÍ A HUSTOTA VESMÍRU

Donna Weaver/Ray Villard Space Telescope Science Institute, Baltimore, MD

Megan Donahue Space Telescope Science Institute, Baltimore, MD

Astronomové z Space Telescope Science Institute nalezli ekvivalent známé 900 librové gorily v kosmickém prostoru. Jedná se o extrémně hmotnou kupu galaxií - hmotnost několika tisíc našich Mléčných drah - která existovala, když vesmír měl polovinu současného věku. Je paradoxní, že tento neočekávaný objev tak staré velmi hmotné kupy je jedním z důkazů, že žijeme v "lehkém vesmíru" , že stačí opatřit určité množství nezbytné gravitace k zastavení rozpínavosti vesmíru.

Použitím rtg satelitů a pozemských dalekohledů se zkoumají vzdálené oblasti vesmíru, kde astronomka Megan Donahueová objevila objekt s označením MS1054-0321, což je statná galaktická kupa obsahující tisíce galaxií a mnoho triliónů hvězd. Kupa je vzdálena 8 miliard světelných roků od Země. Ještě navíc je to nejtěžší kupa, která je zapsaná v knize rekordů. Teplota jejího mezigalaktického plynu je okolo 300 miliónů stupňů Fahrenheitovy stupnice. Donahueová pozorováním této kupy zjistila analýzou podél ní čtveřici dalších méně vzdálených, ale téměř tak hmotných kup, což vyvolává předpoklad, že raný vesmír byla velmi činná konstrukční oblast, která se nyní projevuje pomalejší aktivitou, jak je očekáváno při nízké hustotě vesmíru.

"Taková dobře ohraničená obrovská kupa v době, kdy byl ještě vesmír mladý je překvapením," dodává Donahueová, která informovala o svých výsledcích 1. srpna v časopise Astrophysical Journal.

"Když jsem poprvé začala studovat tuto kupu očekávala jsem, že uvidím chladné útvary, založené na obvyklé evoluční teorii kupy, která narostla do útvaru, který "drží" pohromadě za dlouhé časové období", řekla Donahueová. "Místo toho jsem našla obrovskou, horkou dobře strukturovanou kupu galaxií."

"Jestliže kupy mají být vskutku rostoucí útvary, tak se díváme zpět k době, kdy by zde neměly být vůbec žádné kupy, ale my jsme nějaké našli. Náš závěr může být, že kupy galaxií mají pomalé tempo růstu, které se podstatně projevuje za zhruba posledních 5 miliard let a tedy, že pomalé tempo růstu předpokládá, že vesmír není tak hustý, aby zastavil svoji expanzi," dodává Donahueová.

K danému tématu přidává Mark Voit, také astronom ze stejného ústavu jako Donahueová: "Odhaduji, že šance na objev takové hmotné kupy, tak vzdálené v minulosti, dávající obraz o hustotě vesmíru je okolo 1 ku 100000."

V tradičním pohledu na vesmír se prostor udrží jen s dostatečnou hmotou a podle toho kolik jí je, může expandovat až do nekonečna, nebo se zhroutí pod její vlastní hmotností do opaku Velkého třesku.

"Jestliže je tato teorie pravdivá, pak objev takové masivní kupy, v tak raném čase, je neobyčejně nepravděpodobný", říká Donahueová. V hustém vesmíru kupy galaxií rostou plynule a s větším množstvím členů se stávají více pevné v každém období. Proto astronomové očekávají, že v minulosti by se mělo nalézt méně pevných kup, jestliže jejich růst byl spojitý po celou dobu.

Tempo růstu kup závisí na tom, jak mnoho látky je v prostoru. Drobné změny v hustotě vesmíru vytváří ohromné změny v tempu růstu kup.

Donahueová vybrala kupu MS1054-0321 proto, že se jedná o nejvíce vzdálenou kupu v Einstein Extended Medium Sensitivity Survey katalogu nejjasnějších galaktických kup ve velkých vzdálenostech. Několik členů týmu Donahueové sestavilo přehled pozorování, které získala Einstein Observatory na oběžné dráze kolem Země za období od roku 1978 do roku 1981.

Vzdálenost kupy a nezávislý odhad její hmotnosti byl potvrzen Isabellou Gioiaovou za užití pozemního Kanadsko-Francouzsko-Havajského dalekohledu na Havaji. Donahueová také vypočítala celkový únik látky z kupy na základě rtg emise. Tato pozorování byla udělána v létech 1995 a 1996 na dvou orbitálních observatořích Advanced Satellite for Cosmology and Astrophysics (ASCA), kterou řídí společně USA a Japonsko a na rtg satelitu ROSAT, který řídí společně USA, Německo a Velka Británie.

Emise ukazuje, že prostor mezi galaxiemi v kupě je vyplněn neobyčejně horkým plynem. Tento plyn by se měl do prostoru dávno rozptýlit, jako pára, která utíká z horké konvice. Místo toho gravitační síla nedovolí, aby tento plyn z kupy unikl. Viditelné hmoty v kupě však není tolik, aby plyn neunikl a proto zde musí být mnoho neviditelné hmoty. Mnoho astronomů věří, že temná hmota tvoří většinu materiálu v prostoru. Ze znalosti kolik je potřeba hmoty k udržení kupy pohromadě Donahueová počítala její celkovou hmotnost. Na základě jejího výpočtu má kupa asi hmotnost 1 kvadrilión hmot slunečních. Nejvíce z toho tvoří temná hmota.

Výsledky Donahueové podpoří rostoucí shodu mezi astronomy, že vesmír bude expandovat do nekonečna. Na začátku letošního roku několik astronomických týmů oznámilo podobné výsledky za pomocí rozdílných metod, včetně měření expanzní rychlosti vesmíru na základě velikostí a vzdáleností velice slabých galaxií.

Kamera WFPC2 kosmického dalekohledu bude snímat danou kupu galaxií. Pomocí HST Donahueová doufá, že se jí podaří klasifikovat typy galaxií v kupě.

Čistě náhodou v roce 1996 HST objevil v této vzdálené kupě supernovu 1996CL. Členové Supernova Cosmology Project, vedení Saulem Perlmutterem z Lawrence Berkeley Laboratory v Kalifornii, použili dat o supernově 1996CL k demonstraci toho, že HST je schopen pořídit obrázek tak slabého objektu, který je na "půl cesty napříč vesmírem". Takové vzdálené supernovy jsou možné využít pro změření zrychlení nebo snížení rychlosti expanze vesmíru, což je cíl Perlmutterova Supernova Projectu.

Hlavními spolupracovníky Donahueové jsou Isabella Gioiaová z University of Hawai, John Stocke z University of Colorado, John Hughes z Rutgers University a Mark Voit z Space Telescope Science Institute.

(podle STSCI-PR98-26 z 19.8.1998 připravil PH)