S Webbem za hlubokým nebem – 3. díl

Po dvou měsících se zde společně znovu setkáváme již u třetího dílu našeho seriálu. Webbův dalekohled a jeho výsledky jsme opustili na konci listopadu. Od té doby stihl Webb oslavit první narozeniny v kosmickém prostoru, byť zatím nikoliv první výročí vědecké práce, ani výročí prvních zveřejněných snímků. Na tyto milníky si musíme ještě několik měsíců počkat. Zato nám však přibylo mnoho zajímavých a důležitých dat, fotografií a měření, která opět v plné šíři ukazují možnosti nového velkého kosmického teleskopu. Právě na ně se dnes podíváme. A začneme u extrémně vzdálených objektů mladého vesmíru.

Hubbleovo ultrahluboké pole

Ne, při pojmenování této podkapitoly jsem se nezbláznil, ani se vám nezhoršil zrak a vidíte správně. Při pátrání po nejvzdálenějších galaxiích v našem vesmíru se totiž dalekohled Jamese Webba skutečně zaměřil na oblast Hubbleova ultrahlubokého pole, jež leží na jižní hvězdné obloze v malém a poměrně nevýrazném souhvězdí Pece. Toto souhvězdí je od nás pozorovatelné jen velmi krátkou dobu v zimě a i tak vystupuje jen hodně nízko nad obzor.

Pro astronomii má ale velký význam, a to právě kvůli ultrahlubokému poli, které poprvé nasnímal v letech 2003 a 2004 Hubbleův kosmický dalekohled. Od té doby se tato oblast stala základním cílem všech teleskopů a přehlídek pozorujících extrémně vzdálené objekty. Nachází se zde totiž velmi málo jasnějších hvězd z naší Galaxie a obecně lze v tomto místě dobře pozorovat hluboký vesmír. Z toho důvodu se sem zaměřil i Webb v rámci programu JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES).

Tento program, na němž se podílejí desítky astronomů z deseti států světa je určen k pozorování velmi raného vesmíru. JADES získal zhruba měsíc pozorovacího času rozloženého na dva roky činnosti teleskopu. V prvním okně se pozorovalo právě Hubbleovo ultrahluboké pole, respektive oblast asi patnáctkrát větší než původní ultrahluboké pole, která zahrnuje toto pole a jeho blízké okolí. Webb snímkoval toto místo v průběhu deseti dní. Celkem je na pořízeném snímku, jež je ve srovnání s obrázkem z Hubblea výrazně kvalitnější, asi 100 000 galaxií zachycených v různých fázích vývoje.

V pravé části snímku jsou vybrány čtyři extrémně vzdálené galaxie u nichž spektrální data ukazují rudé posuvy od 10,38 do 13,20. Nutné je zdůraznit, že navzdory tvrzení astronomů projektu JADES se stále nejedná o úplně spolehlivě potvrzené údaje, jelikož jejich práce dosud neprošla recenzním řízením, které by mohlo odhalit všechny potenciální chyby. Nicméně, pokud se prokáže, že jsou data správná, budou se přepisovat historické tabulky. Dosud rekordní galaxie GN-z11 má rudý posuv 10,957, což odpovídá vzdálenosti asi 13,4 miliardy světelných let. Tyto údaje jsou potvrzeny, neboť kromě Hubbleova teleskopu galaxii s téměř stejnými výsledky zachytily i Keckovy dalekohledy.

JADES-GS—z13-0, jak zní oficiální název nejvzdálenějšího objektu z tohoto snímku, by měl mít rudý posuv 13,20 (prodloužení vlnové délky na straně přijímače – vlnová délka světla letícího k nám z tohoto objektu se za dobu života vesmíru prodloužila 13,2 krát), čemuž by odpovídala vzdálenost asi 13,47 miliardy světelných let. I další zvýrazněné galaxie by ale měly mít extrémní vzdálenost. Galaxie s rudým posuvem 10,38 by byla vzdálená něco kolem 13,35 miliardy světelných let.

Samotnou fotografii oblasti v souhvězdí Pece pořídil přístroj NIRCam. Tým programu JADES vytipoval objekty určené k dalšímu zkoumání, celkem šlo o 250 galaxií, jež následně detailně studoval přístroj NIRSpec. Ten získal jejich spektra, určil rudý posuv, chemické složení a odhalil vlastnosti plynu v těchto objektech. Díky rozptylu mezihvězdného vodíku v galaxiích se povedlo provést relativně přesná měření, tak jak astronomové doufali.

V letošním roce bude program JADES pokračovat další várkou pozorovacích dní. Vybrané galaxie, zejména čtyři zmíněné výše, by měly být předmětem dalšího studia. Kromě toho se dalekohled zaměří na Hubbleovo hluboké pole, oblast v souhvězdí Velké medvědice na severní hvězdné obloze, kde bylo nasnímáno vůbec první hluboké pole v historii. Poté teleskop ještě jednou zacílí na Hubbleovo ultrahluboké pole. Určitě se dočkáme objevu dalších kandidátů velmi vzdálených galaxií a také detailnějšího průzkumu některých již známých objektů, nasnímaných při prvním pozorování této části oblohy. Odborníci už dokonce pro projekt JADES získali pozorovací čas navíc.

Severní pól ekliptiky

Při čtení názvu této podkapitoly jste se možná opět trochu podivili. Běžně totiž mluvíme hlavně o severním a jižním nebeském pólu. Severní nebeský pól všichni dobře známe, leží v souhvězdí Malého medvěda kousek od jasné hvězdy Polárka. Jižní nebeský pól leží v nám dosti neznámém souhvězdí Oktant, které od nás pochopitelně nemůžeme nikdy pozorovat. V jeho okolí se žádná velmi jasná hvězda nenachází, nejblíže leží hvězda σ Octantis se zdánlivou magnitudou 5,42.

Nebeský pól je vlastně průsečík nebeské sféry a zemské osy. Proto se póly jeví, jako by zůstávaly na nebeské sféře stále na stejném místě, všechny ostatní objekty se kolem nich otáčí. Země však nezůstává v klidu, ale podléhá určitým cyklickým kvaziperiodickým orbitálním pohybům. Tři hlavní nazýváme Milankovičovy cykly. První z nich je tzv. precese zemské osy, tedy krouživý pohyb zemské osy přibližně po plášti dvoukužele. Ta má periodu 26 000 let. Druhý je změna sklonu osy mezi 22,1 až 24,5 stupni, zde je perioda 45 000 let. A konečně třetí je změna excentricity zemské oběžné dráhy z téměř kruhové na výrazněji eliptickou, která probíhá s periodou 96 000 – 127 000 let.

Nás dnes bude zajímat pouze první Milankovičův cyklus, tedy precese zemské osy. Právě on totiž způsobuje, že se pohybuje zemská osa a tím se mění postavení nebeských pólů. Zatímco dnes představuje severní hvězdu, jež leží nejblíže severnímu nebeskému pólu, Polárka, v době Sumerů před 5 000 roky to byl Thuban v souhvězdí Draka. Ještě později, v éře starého Řecka byl k pólu z jasných hvězd nejblíže Kochab. A za 14 000 let bude severkou velmi jasná hvězda Vega ze souhvězdí Lyry. Některé slabší hvězdy budou pólu blíže, avšak uvažujeme-li jen jasné hvězdy, pak to bude Vega.

Na noční obloze ale můžeme najít i dva další póly, tzv. ekliptické. Nejde o průsečíky nebeské sféry se zemskou osou, ale o dva body s úhlovou vzdáleností 90 stupňů od všech bodů ekliptiky. Připomeňme si, že ekliptika je rovina oběhu Země kolem Slunce. Při pohledu ze země se zdá, že se Slunce během roku pohybuje po obloze na pozadí hvězd a to právě v rovině ekliptiky. Sama ekliptika je důležitá referenční rovina, protože tvoří základ ekliptického souřadnicového systému.

Rovina ekliptiky tedy není shodná s rovinou nebeského rovníku, což je průmět zemského rovníku na nebeskou sféru. Naopak, sklon nebeského rovníků vůči rovině ekliptiky je 23,5 stupně, což odpovídá sklonu zemské osy. Proto jsou i ekliptické póly posunuty právě o tento úhel oproti pólům nebeským. Severní pól ekliptiky se nachází v souhvězdí Draka, jednom z největších souhvězdí noční oblohy dobře viditelném i od nás, zatímco jižní pól ekliptiky leží v malém, od nás neviditelném souhvězdí Mečouna.

Právě okolí severního pólu ekliptiky si vybrali astronomové v programu Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science (PEARLS) jako první cíl. Webbův dalekohled zde pořídil jeden z prvních širokoúhlých středně hlubokých záběrů vesmíru. Středně hluboký zde znamená, že na snímku vidíme objekty do 29. magnitudy (pouhým okem je limit asi magnituda 6,5, za ideálních podmínek až 8. magnituda). Širokoúhlý záběr potom označuje celkovou plochu záběru rovnou asi jedné padesátině plochy měsíčního úplňku. Oblast nasnímaly společně Hubbleův vesmírný dalekohled (přístroje ACS a WFC3) a Webbův dalekohled (přístroj NIRCam).

Úchvatný snímek nám umožňuje podívat se v dříve netušené kvalitě do značně hlubokého vesmíru. Zobrazuje tak i ty nejvzdálenější končiny kosmu, které by jen samotným Hubbleovým teleskopem byly neviditelné. V popředí vidíme několik jasnějších hvězd z naší Mléčné dráhy s charakteristickými difrakčními hroty. Všimněte si, že některé z nich mají více difrakčních hrotů, než je obvyklé, což způsobilo složení více snímků různých expozic. Toto pozorování přístroje NIRCam a Hubbleova dalekohledu bude brzy zkombinováno s daty přístroje NIRISS, jenž by měl získat spektra zdejších slabých objektů. Díky tomu budou moci odborníci přesněji určit jejich vzdálenost.

Už nyní se ale dá předpokládat, že se podaří identifikovat některé další objekty vzdálené kolem 13 miliard světelných let. Nutno ještě podotknout, že dnes představená fotografie ukazuje pouze část celkové snímané plochy v této fázi projektu PEARLS. Zdejší hluboké pole bude totiž nakonec asi čtyřikrát větší a bude zabírat plochu asi dvanáctiny měsíčního úplňku. Lze oprávněně očekávat, že v něm uvidíme tisíce galaxií nejrůznějších vzdáleností a vývojových fází, z nichž některé budou právě i extrémně daleké a velmi mladé.

LEDA 2046648

Jeden z nejzajímavějších snímků poslední doby zobrazuje pohled do hlubokého vesmíru směrem do souhvězdí Herkula. Dominuje mu velká spirální galaxie LEDA 2046648 vzdálená něco přes miliardu světelných let. Na pozadí potom vidíme stovky vzdálenějších galaxií a všimnout si můžeme i několika jasných hvězd s typickými difrakčními hroty, které náleží do naší Galaxie a leží tedy v popředí.

Právě sledování vzdálených galaxií a studování jejich evoluce patří mezi zásadní cíle celého projektu. Když astronomové uvidí, jak vypadaly galaxie v minulosti, spatří také galaxie, které jsou výrazně mladší. Pohled do velké vzdálenosti totiž znamená i pohled do minulosti. Tyto galaxie existují pochopitelně i dnes, ale my je sledujeme takové, jaké byly při vyzáření světla, které k nám dnes dorazilo. Toto světlo bylo vyzářeno před miliardami let. Provozujeme tak vlastně kosmickou archeologii. Vidíme galaxie v mladší fázi jejich vývoje. To nám následně umožní porovnat získané informace s tím, co víme o galaxiích v našem bezprostředním okolí.

Povšimněte si, že galaxie LEDA 2046648 se vlastně docela podobá blízkým spirálním galaxiím vzdáleným třeba 20 – 100 milionů světelných let. Miliarda světelných let, respektive miliarda let do minulosti, není z hlediska kosmologie a vývoje vesmíru tak dlouhý úsek. Byť pro naše pozemské podmínky to rozhodně neplatí. Před miliardou let totiž na Zemi ještě pravděpodobně ani neexistovaly mnohobuněčné organismy. Z hlediska evoluce galaxií jsou ale výrazně zajímavější slabší galaxie na pozadí, které jsou vzdáleny mnohem více, než miliardu světelných let.

Tento snímek, byť velmi zajímavý, sloužil i k technickým účelům. Někdy je potřeba provést kalibraci přístrojů teleskopu. Toto konkrétní pozorování sloužilo k tomuto účelu u kanadského přístroje NIRISS, který má tu výhodu, že může pozorovat současně s přístrojem NIRCam. Mimochodem, jak už doufám víte, oba pracují v blízkém infračerveném záření, totiž to N na začátku jejich názvu znamená near (anglicky blízký). Ale zpět ke snímku, který byl vyfotografován právě přístrojem NIRCam. NIRISS pozoroval souběžně, avšak soustředil se zejména na známého bílého trpaslíka WD1657+343, což následně umožní porovnat data z obou přístrojů a zlepšit jejich výkon.

Vánoční „hvězda“

První výročí pobytu v kosmickém prostoru a také první vánoční svátky oslavil tým Webbova teleskopu trochu předčasně 21. prosince, kdy zveřejnil krásnou fotografii galaxie NGC 7469. Jedná se o spirální galaxii ležící ve směru souhvězdí Pegase na severní hvězdné obloze, kterou od nás dělí asi 195 milionů světelných let. NGC 7469 má průměr asi 90 000 světelných let, tedy o něco méně než Mléčná dráha.

Na rozdíl od naší Galaxie se však uprostřed NGC 7469 nachází aktivní galaktické jádro. O tomto typu objektů jsme hovořili nedávno v článku věnovaném kvasarům. V tomto případě však nejde o kvasar, nýbrž o Seyfertovu galaxii (nemá nic společného s naším laureátem Nobelovy ceny za literaturu, ale s americkým astronomem Carlem Seyfertem). Při pohledu na snímek z Webba lze v levém dolním rohu spatřit kousek jiné galaxie. Jde o IC 5283, která s NGC 7469 v současné době interaguje.

Na galaxii NGC 7469 se Webbův dalekohled zaměřil v rámci programu Great Observatories All-sky LIRGs Surveys (GOALS), jehož cílem je především studovat to, jak se tvoří nové hvězdy a jak rostou černé díry. V rámci stejného programu již Webbův teleskop dříve nasnímal srážející se dvojici galaxií IC 1623 a také jinou dvojici interagujících galaxií ZW 96 II. O obou jsme si více říkali v minulém dílu našeho seriálu.

Na snímku Webbova dalekohledu si kromě jasné hvězdy z Mléčné dráhy v popředí můžete všimnout zejména velmi jasného jádra galaxie NGC 7469. To dokonce září tak silně, že u něj vidíme typické difrakční hroty pozorovatelné obvykle jen u hvězd. Oblast jádra je natolik jasná proto, že se zde nachází centrální supermasivní černá díra, na niž dopadá plyn a prach, který velmi silně emituje záření v různých částech elektromagnetického spektra.

Právě supermasivní černá díra pohání ono dříve zmíněné aktivní galaktické jádro. Tato galaxie představuje ideální laboratoř pro studium vztahu mezi aktivním jádrem a tvorbou nových hvězd, neboť se zde nachází prstenec v němž se překotně tvoří nové hvězdy jen 1 500 světelných let od středu galaxie. NGC 7469 je jedním z nejlépe prozkoumaných aktivních jader v celém vesmíru. Avšak v infračervené části spektra se dosud nepodařilo oblast probádat příliš detailně, hlavně kvůli její kompaktnosti a množství přítomného prachu. Teprve Webbův dalekohled nabídl nové možnosti.

V rámci projektu GOALS odhalili vědci za pomocí přístrojů NIRCam, NIRSPec a MIRI o NGC 7469 spoustu zajímavých podrobností. Spatřili jsme například velmi mladé a dosud neznámé hvězdokupy či oblasti horkého molekulárního plynu. Tým odhalil také přímý důkaz toho, že v okruhu několika stovek světelných let od jádra nemohou existovat malá prachová zrnka, aktivní jádro má zřetelný dopad na mezihvězdné prostředí.

Povedlo se rovněž najít náznaky, že vysoce ionizovaný atomový plyn vylétá z jádra rychlostí asi 6,4 milionu kilometrů za hodinu. Tento plyn je součástí výronu hmoty, který opouští celou galaxii. Výron se podařilo identifikovat již dříve, ale Webb jej zobrazil s nevídanými detaily. Dále od jádra pak v záplavě modro-fialovo-šedé barvy vidíme červeně a oranžově oblasti s největší koncentrací hvězd.

NGC 346

V našem seriálu jsme si už povídali o Velkém Magellanovu mračnu, jedné ze satelitních galaxií Mléčné dráhy. Konkrétně to bylo u mlhoviny Tarantule, která právě v této galaxii leží. Na jižní obloze však kromě Velkého najdeme i Malé Magellanovo mračno. To se nachází ve vzdálenosti 200 000 světelných let od Země ve směru souhvězdí Tukana. Je tedy jen o něco málo vzdálenější, než Velký Magellanův oblak, který leží 170 000 světelných let daleko. Malé Magellanovo mračno je nepravidelná galaxie zahrnující několik stovek milionů hvězd.

Podobně jako u Velkého Magellanova mračna, i to Malé obsahuje některé velmi zajímavé objekty. Webbův dalekohled se v tomto případě zaměřil na emisní mlhovinu NGC 346 s přilehlou otevřenou hvězdokupou. NGC 346 je jedním z nejbouřlivějších hvězdotvorných regionů ze všech blízkých galaxií. Proto bývá častým cílem pozemských i kosmických teleskopů, v minulosti již oblast fotil třeba Hubbleův dalekohled.

Na NGC 346 se astronomové zaměřili ve snaze lépe pochopit vznik a vývoj hvězd i galaxií. Tato oblast v Malém Magellanovu mračnu připomíná hvězdotvorné regiony přítomné v mladých galaxiích před miliardami let. Asi 2 – 3 miliardy let po vzniku vesmíru probíhala tvorba hvězd v galaxiích mimořádně bouřlivě, proto o této éře hovoříme jako o kosmickém poledni. V době kosmického poledne měla každá galaxie stovky až tisíce hvězdotvorných regionů. Dnes je jich už méně a u menších galaxií jako je Malé Magellanovo mračno jde o jednotky míst či dokonce pouze jednu oblast.

V Malém Magellanovu mračnu je NGC 346 jedinou takovou oblastí. To ale nevadí, protože i tak máme unikátní možnost prozkoumat procesy utvářející hvězdy v takovém prostředí. Odborníci mohou porovnat tvorbu hvězd v Malém Magellanovu mračnu a v Mléčné dráze. Do určité míry to umožnily i předchozí infračervené observatoře, ty však mohly spatřit jen protohvězdy o hmotnostech 5 – 8 násobku sluneční hmoty. Webb však dovoluje vidět protohvězdy, jež mají jen zlomky hmoty Slunce.

Díky tomu vidíme zda a případně jak proces vzniku hvězd ovlivňuje jiné chemické složení obou galaxií. Malý Magellanův oblak obsahuje totiž oproti Mléčné dráze nižší koncentrace prvků těžších než vodík a helium. Proto experti očekávali, že u NGC 346 neuvidí téměř žádný prach, jelikož ten se skládá převážně z těžších prvků. Tak tomu ale překvapivě nebylo. Webb nalezl v NGC 346 poměrně značné množství prachu. Na vysvětlení si musíme počkat, ale víme jistě, že se zde prach hojně vyskytuje.

Protohvězdy si nasávají plyn a prach z mlhoviny, což v okolním materiálu utváří struktury podobné stužkám. Plyn a prach se shromažďuje v akrečním disku, který potom napájí vznikající hvězdu. Již dříve detekovali astronomové u protohvězd v NGC 346 plyn, ale díky Webbovu teleskopu zde vůbec poprvé nalezli také prach. Z tohoto materiálu mohou vznikat nejen hvězdy, ale potenciálně i planety. A protože se prostředí v NGC 346 podobá tomu, jak vypadaly mladé galaxie, ukázal Webb, že kamenné planety možná mohly vznikat dříve, než jsme si dosud mysleli.

AU Microscopii

Prachové disky podobné těm tvořícím se kolem mladých hvězd v NGC 346 se nachází i v naší Galaxii. Jeden takový vyfotil nedávno Webbův dalekohled kolem hvězdy AU Microscopii. Jedná se o hvězdu starou jen 22 milionů let, tudíž je oproti Slunci asi dvěstěkrát mladší. AU Microscopii je taktéž výrazně menší, než Slunce, jde o červeného trpaslíka. Ačkoliv leží jen 32 světelných let daleko ve směru souhvězdí Mikroskopu na jižní obloze, není ani za nejlepších podmínek viditelná pouhým okem. Na druhou stranu, k jejímu pozorování stačí i triedr.

Již od roku 2003 víme, že tato hvězda má kolem sebe prachový disk. V letech 2018 a 2020 zde odborníci detekovali dvě planety a očekává se přítomnost ještě nejméně jedné. Prachový disk u AU Miscroscopii studoval již Hubbleův dalekohled a nyní se na něj zaměřil též Webb. Astronomové využili přístroj NIRCam, včetně jeho koronografu, kterým zastínili světlo centrální hvězdy. Získali unikátní pohled na prachový disk, neboť šlo o vůbec první zobrazení známého prachového disku u hvězdy na těchto vlnových délkách infračerveného záření.

Díky koronografu mohli vědci prozkoumat i oblast velmi blízko hvězdy. Podíváme-li se na snímky z Webba, pak umístění samotné hvězdy ukazuje pěticípá hvězdička, zatímco větší bílý kruh vyznačuje oblast zastíněnou koronografem. Na složeném obrázku můžeme nahoře spatřit snímek pořízený na vlnové délce 3,56 mikrometru (modře), dole pak fotografii získanou na vlnové délce 4,44 mikrometru (červeně). Můžete si všimnout, že disk se zdá o něco jasnější na kratší vlnové délce 3,56 mikrometru, což značí, že zřejmě obsahuje hodně jemného prachu, který lépe rozptyluje záření kratších vlnových délek.

Snímky disku u AU Microscopii jsou jasnější a detailnější, než fyzikové očekávali a oproti původním předpokladům se jim taktéž povedlo prozkoumat oblast blíže k mateřské hvězdě. Celkově lze na snímku vidět oblast o průměru asi 100 astronomických jednotek (AU), z toho disk samotný má průměr asi 60 AU. Přestože jde však o významný úspěch, neplánuje se u toho vědecký tým zastavit.

U AU Miscroscopii jsou dosud známy dvě planety, ale obě obíhají velmi blízko hvězdy. Hlavní cíl astronomů nyní představuje nalezení dalších planet na mnohem vzdálenějších oběžných drahách. Takové světy totiž nemohly být dosud nalezeny ani metodou radiálních rychlostí, ani metodou tranzitů, dvěma nejběžnějšími postupy hledání exoplanet. Webbův dalekohled proto poskytuje jedinečnou příležitost k novému výzkumu.

První exoplaneta

Právě nedávno dokázal Webbův dalekohled, že má skutečně potenciál na to hledat nové planety. Již dříve sice dokázal pozorovat exoplanety tranzitní metodou a dokázal dokonce i planety přímo zobrazit, ve všech případech však šlo o již známé objekty. Až teprve nyní došlo ke zveřejnění objevu, kdy Webb poprvé spatřil do té doby neznámou planetu.

Ta se nachází u hvězdy LHS 475. Stejně jako v případě AU Microscopii, i zde se jedná o červeného trpaslíka, v tomto případě vzdáleného 40 světelných let ve směru souhvězdí Oktantu. To je mimořádně zajímavé tím, že se v něm nachází jižní nebeský pól (viz výše). Samotná hvězda LHS 475 má zdánlivou magnitudu 12,7. K jejímu spatření byste proto potřebovali středně velký dalekohled.

Webbův teleskop zde ovšem nepátral jen tak naprázdno, na to je jeho pozorovací čas příliš drahý. Již v minulosti oblast prohlédla kosmická observatoř TESS zaměřená primárně na výzkum exoplanet, která u LHS 475 našla náznaky možné exoplanety. Definitivně ji ale potvrdit nedokázala. O to se postaral až Webb, jenž zde tranzitní metodou nalezl planetu LHS 475 b. Při pozorování tímto postupem se pozorují vlastně jakási mikrozatmění způsobená tím, že planeta přechází před kotoučem své mateřské hvězdy. Tento postup je velmi účinný a to zvláště s tak špičkovým přístrojem jako je Webb. K potvrzení přítomnosti planety stačily teleskopu pouhé dva tranzity.

Nová planeta LHS 475 b má 99 % průměru Země, jde tedy téměř jistě o kamennou planetu. To je samo o sobě velmi významné, neboť Webb až dosud pozoroval jen plynné obry o hmotnostech srovnatelných s Jupiterem nebo přinejlepším Neptunem. Právě JWST se k hledání menších planet velmi hodí. Dokáže navíc i určit parametry atmosféry daných exoplanet. O to se fyzikové pokusili i nyní, avšak přítomnost atmosféry se potvrdit nepodařilo.

Víme však, že pokud se u LHS 475 b atmosféra nachází, nemůže být tvořena z většiny metanem. Naopak atmosféra s téměř stoprocentním obsahem oxidu uhličitého vyloučena není. Aby však mohli odborníci odlišit tento typ atmosféry od případu, kdy plynný obal u planety chybí úplně, potřebují další měření. Ta by měl teleskop vykonat letos v létě, kdy by výzkumníci měli obdržet přesnější data s větším počtem napozorovaných spekter. Již nyní ale vědci jasně vidí, že je na planetě o několik set stupňů vyšší teplota, než na Zemi. Pokud se zde atmosféra nachází, planeta bude možná připomínat spíše Venuši.

Tomu nasvědčuje i fakt, že jeden oběh kolem mateřské hvězdy trvá planetě LHS 475 b pouhé dva dny. Kolem hvězdy krouží mnohem blíže, než jakákoliv planeta Sluneční soustavy. Nicméně už jsme si řekli, že hvězda LHS 475 je červeným trpaslíkem. Ty jsou menší a méně horké, než hvězdy slunečního typu, proto zde atmosféra může teoreticky existovat. S potenciálním životem se to už ale má podstatně hůře. A to nejen kvůli vysoké teplotě, ale i proto, že typičtí červení trpaslíci jsou velmi aktivní hvězdy s prudkými erupcemi a vysokou radiací, což životu zrovna nepřeje.

I tak jde však o velmi důležitý výzkum. Webbův dalekohled ukázal, že má schopnosti měřit velmi přesně parametry kamenných planet i jejich atmosfér a to nejen u červených trpaslíků. V budoucnu bychom se mohli dočkat mnoha dalších objevů kamenných planet. Což výrazně zvětší statistiku těchto těles i exoplanet obecně a navíc dovolí lépe probádat jejich vlastnosti.

Molekulární mračno Chameleon

Velmi zajímavá data nedávno přišla z měření velkého hvězdotvorného regionu Chameleon. Už podle názvu lze uhodnout, že se nachází v souhvězdí Chameleona, což je dosti malé souhvězdí ležící velmi blízko jižního nebeského pólu. Z našeho území je zcela nepozorovatelné a pro jeho spatření byste dokonce museli odcestovat velmi blízko k rovníku. Právě proto, že je souhvězdí Chameleona malé, přesahuje zmíněný hvězdotvorný region též do okolních souhvězdí Rajky, Mouchy, Oktantu a Lodního kýlu. Webbův dalekohled se konkrétně zaměřil na jednu součást této oblasti – tzv. temný oblak Chameleon I vzdálený od Země 631 světelných let.

Měření provedl Webb v rámci programu určeného k výzkumu ledu ve vesmíru, jednoho ze třinácti prvních pozorovacích kampaní zaměřených nejen na samotnou vědu, ale i na prokázání schopností nového dalekohledu. Díky těmto datům by se astronomická komunita měla dozvědět více o schopnostech Webbova teleskopu a rovněž by se s ním měla naučit lépe pracovat, což umožní v budoucnu navržení ještě hodnotnějších pozorování.

Přesto i toto měření molekulárního oblaku Chameleon I představuje nesmírně hodnotný počin. Tyto oblasti jsou, jak už lze poznat podle názvu, oblaka mezihvězdného prachu a plynu, kde se mohou tvořit jednotlivé a jednoduché molekuly. Zejména mám na mysli vodík (H₂), který je suverénně nejčastější, ale může zde vznikat třeba i oxid uhelnatý, kyanovodík, voda a některé další molekuly. Z toho je také zjevné, že se zde vyskytují některé těžší prvky, například uhlík, dusík, kyslík nebo síra.

Tyto složky jsou zásadní pro vytvoření kamenných planet pozemského typu a potenciálně i života. A protože jsou v počátcích formování nových planetárních soustav v molekulárních oblacích neseny hlavně v částečkách ledu, tvoří výzkum ledu poměrně důležitou součást pátrání po našem původu. A to částečně i z pohledu astrobiologie, ale převážně spíše z hlediska části astronomie zabývající se tvořením mladých hvězd.

Prvky jako vodík, uhlík, dusík, kyslík nebo síra tvoří velmi důležitou součást atmosfér mnoha planet. Kromě toho se vyskytují i ve složitějších molekulách jako jsou aminokyseliny, cukry či alkoholy. V případě naší Sluneční soustavy se obecně předpokládá, že se na povrch Země, ale i dalších kamenných planet, dostaly díky dopadajícím ledovým tělesům, jako jsou komety a některé planetky. Odborníci dnes zastávají názor, že se ledy obsahující výše zmíněné prvky a jednoduché molekuly nacházely už v primordiálním oblaku plynu a prachu z nějž se Sluneční soustava vytvořila.

Mezinárodní tým astronomů nedávno pomocí Webbova dalekohledu provedl výzkum uvedené oblasti Chameleon I, která svým charakterem může dosti připomínat oblast z níž se mohl vytvořit i náš planetární systém. Zjistili, že je tato oblast velmi chladná a nalezli zde velké množství ledových částic. Pomocí přístroje NIRCam dokázali provést i spektroskopickou analýzu a identifikovali zde kromě jednoduchých ledů jako je například voda také zmrzlé částečky složitějších sloučenin. Jde například o karbonylsulfid, čpavek, metan nebo dokonce methanol.

Jednotlivá ledová zrna obsahující zmíněné molekuly se slučují do stále větších struktur až o velikosti několika centimetrů a postupně se mohou dostávat do protoplanetárních disků u protohvězd. Molekulární mračna jako Chameleon I jsou pro jejich tvorbu s ohledem na svou vysokou hmotnost zcela ideální. Astronomové mohou přímo sledovat částice hmoty, která bude dost možná součástí budoucích exoplanet. Až doposud nikdy neměli specialisté možnost provést tak důkladnou analýzu ledů a v nich se nacházejících sloučenin jako právě nyní pomocí Webbova dalekohledu.

Ale co více, astronomové dokázali v tomto molekulárním mračnu najít i složitější molekuly než methanol. Nedokázali sice identifikovat přesně o jaké molekuly jde, avšak vědí, že existují, což je první důkaz, že se tyto tvoří už v chladu molekulárního mračna před vznikem protohvězd. Zdá se tak, že značné množství mladých hvězd a planet získá chemické sloučeniny již v dosti pokročilém stádiu složitosti. A lze rovněž předpokládat, že přítomnost složitějších molekul v planetárních systémech je běžným rysem a nikoliv specifikem naší soustavy.

Nynější pozorování znamenalo ještě jeden důležitý přelom. Poprvé se povedlo odhadnout množství síry obsažené v ledových zrnech. Zjištěné množství je sice významně vyšší, než bylo dříve pozorováno, avšak nižší, než se očekávalo na základě známé hustoty mračna. Což platí i pro další chemické prvky. Teď čeká na astronomy velká výzva. Musí pochopit, proč nevidíme očekávané množství těchto prvků a zjistit, kde se skrývají. Možností je několik, mohou být ukryty v ledu, materiálu podobném sazím nebo třeba v horninách. Množství základních chemických prvků v jednotlivých typech struktur určuje kolik z těchto prvků bude nakonec v atmosférách planet a kolik skončí v jejich tělesech.

Právě proto, že se nepodařilo nalézt tolik síry, ani dalších prvků, kolik se očekávalo, lze důvodně předpokládat, že nejsou lokalizovány v ledech. V úvahu pak připadají právě materiály typu sazí nebo hornin, kde je ani Webb spatřit nedokáže. Dalekohled totiž může pouze detekovat světlo hvězd ležících za molekulárním mračnem absorbované jednotlivými ledovými částečkami v této mimořádně chladné a husté části oblaku. V takovém případě hovoříme o absorpčních spektrech, která lze potom porovnávat s laboratorními výsledky a určit zastoupení jednotlivých molekul a prvků.

Závěr

Dnešní procházku vesmírem s Webbovým dalekohledem jsme začali téměř na samém konci viditelného vesmíru, více než 13 miliard světelných let daleko. Končíme ale naopak nesmírně blízko, jen 600 světelných let, což je na kosmické poměry sotva za humny. O dalších výsledcích by se dalo mluvit, respektive psát ještě dlouho, ale to z mého pohledu nejzajímavější jsme si již probrali. Uvidíme se tedy zase u dalšího, čtvrtého dílu, který vyjde někdy kolem 10. dubna. Doufejme, že do té doby dojde ke zveřejnění stejně zajímavých informací, jako tomu bylo nyní.

Použité a doporučené zdroje

• ESA Webb: https://esawebb.org/
• NASA Web: https://webb.nasa.gov/
• Webb Telescope: https://webbtelescope.org/
• ESA Hubble: https://esahubble.org/

Zdroje obrázků

• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/88/JWST.jpg
• https://www.nasa.gov/sites/default/files/styles/side_image/public/thumbnails/image/2014udf.jpg?itok=RanTc5PW
• https://stsci-opo.org/STScI-01GKT0S3BJED8Q89Z2JKVFPQZ8.png
• https://cdn.esawebb.org/archives/images/screen/JADES1.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6b/JADES-GS-z13-0.png
• https://in-the-sky.org/data/charts/FOR_1_sm.png
• http://www.seasky.org/constellations/assets/images/ursa-minor-map.png
• https://bpb-us-e1.wpmucdn.com/sites.northwestern.edu/dist/2/3343/files/2019/11/Screen-Shot-2019-11-12-at-1.25.10-PM.png
• https://astronomy.com/-/media/import/images/5/a/3/precession_nh_650.jpg
• https://thelifeforceinstitute.com/uploads/aa14-pole-star-precession_both.jpg
• https://cdn.esawebb.org/archives/images/screen/pearls2.jpg
• https://cdn.esawebb.org/archives/images/screen/pearls1.jpg
• https://cdn.esawebb.org/archives/images/screen/potm2301b.jpg
• https://cdn.esawebb.org/archives/images/screen/potm2301a.jpg
• https://cdn.spacetelescope.org/archives/images/screen/potw2208a.jpg
• https://cdn.esawebb.org/archives/images/screen/potm2212a.jpg
• https://i.ytimg.com/vi/rQQHMmOIsqU/maxresdefault.jpg
• https://i.ytimg.com/vi/FrFx49vXd0Q/maxresdefault.jpg
• http://www.seasky.org/constellations/assets/images/tucana-map.png
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7a/Small_Magellanic_Cloud_%28Digitized_Sky_Survey_2%29.jpg
• https://cdn.esawebb.org/archives/images/screen/weic2301a.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/30/HD197481_2MASS_JBAND.png
• https://cdn.esawebb.org/archives/images/screen/au-mic1.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3e/AUMicLightCurve.png
• https://blogs.nasa.gov/webb/wp-content/uploads/sites/326/2022/08/STSCI-J-p2022-HIP65426b-f-1528×1130-1.png
• https://spaceflight101.com/tess/wp-content/uploads/sites/215/2018/03/TESS_with_techs_high_res.jpg
• https://cdn.esawebb.org/archives/images/screen/weic2302a.jpg
• https://cdn.esawebb.org/archives/images/screen/weic2302c.jpg
• https://cdn.esawebb.org/archives/images/screen/weic2302d.jpg
• https://paac.ppc.ac.in/wp-content/themes/paac-theme/constellation/img/Chamaeleon.jpg
• https://cdn.astrobin.com/thumbs/9nPiQJWwrwwT_620x0_YU5xgF4r.jpg
• https://www.universetoday.com/154331/latest-hubble-image-shows-the-star-forming-chamaeleon-cloud/
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a7/A_nursery_for_unruly_young_stars.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4e/Herschel%E2%80%99s_view_of_the_Taurus_molecular_cloud_ESA384012.jpg/1920px-Herschel%E2%80%99s_view_of_the_Taurus_molecular_cloud_ESA384012.jpg
• https://cdn.esawebb.org/archives/images/screen/weic2303a.jpg
• https://cdn.esawebb.org/archives/images/screen/weic2303c.jpg