Záhady, které vědcům nedají spát: Co všechno ještě o vesmíru nevíme?
I přes století výzkumu zůstává vesmír plný hádanek, které dráždí lidskou zvídavost a posouvají hranice fyziky i představivosti.
Od počátku 20. století učinilo lidstvo úctyhodné pokroky v chápání kosmu, který nás obklopuje. Přesto ještě zbývá nemálo neznámých. Jde o koření výzkumu dnešních odborníků na vesmír, i když se někdy zdá, že toho o něm víc nevíme než víme. A z jistého úhlu pohledu je to pravda.
Proč je sluneční koróna tak žhavá?
K nejpozoruhodnějším otazníkům blízkého kosmu patří ohřívání sluneční koróny, jež vědce dráždí už dlouhá desetiletí. Netuší totiž, proč je obrovské a velice řídké mračno plazmatu, které Slunce obklopuje a představuje vnější vrstvu jeho atmosféry, tak nesmírně žhavé. Koróna dosahuje mnohonásobně vyšší teploty oproti fotosféře tvořící „povrch“ hvězdy. Za normálních okolností není viditelná, neboť ji zcela přesvítí právě intenzivní záření fotosféry. Ze Země ji můžeme adekvátně pozorovat v podstatě jen při úplném slunečním zatmění, když fotosféru zastíní Měsíc. Na podobném principu pak funguje tzv. koronograf, který umí popsaný stín vytvořit uměle: Jedná se o dalekohled, u nějž se v ohnisku objektivu nachází clona fungující jako měsíční disk při zatmění.
Rozdíl teplot mezi korónou a fotosférou je opravdu propastný. Zatímco na povrchu stálice panuje vcelku „příjemných“ 6 000 °C, v koróně se jedná o více než dva miliony stupňů. Naprostá většina energie hvězdy přitom pochází z jaderné fúze v jejím nitru, a proto by přinejmenším z laického pohledu měla teplota v blízkosti Slunce směrem do jeho jádra stoupat. Funguje to tak ve všech vrstvách naší stálice s jedinou, zato extrémní výjimkou právě v podobě koróny – jako kdyby se vám špekáček nejrychleji opekl daleko od táboráku.
S jakým tělesem se srazil Uran?
Uran patří mezi ledové obry a na první pohled se velmi podobá Neptunu, přičemž má i podobné chemické složení. Ve skutečnosti jde ovšem o unikátní a podivný svět. Na rozdíl od ostatních planet naší soustavy krouží kolem Slunce „na boku“, jeho rotační osa je extrémně skloněná a leží téměř v rovině oběhu. Severní a jižní pól se tudíž nacházejí v oblastech, kde mají zbylé oběžnice rovník. Proto se také Uran se svými slabými prstenci občas v dalekohledu jeví jako terč s planetou uprostřed.
Výjimečnost ledového obra spočívá i v jeho velmi rychlé rotaci – tamní den trvá pouhých 17 hodin. Uvedené zvláštnosti pak možná nějak souvisejí s dalším prvenstvím Uranu. Má totiž nejchladnější atmosféru ze všech planet Sluneční soustavy, přestože od centrální hvězdy nekrouží nejdál: Nejnižší teploty se tam pohybují kolem −224 °C.
Vědci se domnívají, že neobvyklé vlastnosti Uranu pramení z děsivé planetární srážky. Podle uvedené představy do něj před miliardami let narazilo těleso o rozměrech 1–3násobku Země. Když ovšem odborníci popsanou kolizi nasimulovali, ukázalo se, že by podobný impakt vytvořil mnohonásobně víc planetární suti, než by odpovídalo hmotě dnešních měsíců ledového obra. Badatelé proto doufají, že by mohly roušku tajemství Uranu poodhalit vesmírné mise, jež k němu snad zamíří v příští dekádě.
Jak vznikly JuMBO objekty v mlhovině v Orionu?
O některých záhadách jsme ještě před pár lety vůbec nevěděli. Za řadu popsaných objevů přitom vděčíme Webbovu teleskopu a pozoruhodný příklad nabízejí tzv. JuMBO objekty neboli Jupiter-mass Binary Objects. Když JWST prohledával mlhovinu v Orionu, vzdálenou od nás asi 1 350 světelných let a starou zhruba dva miliony roků, narazil přibližně na 40 párů těchto podivných objektů s hmotou v rozmezí 0,7–13násobků Jupitera. Nacházejí se sice ve hvězdné porodnici, ale na první pohled nejsou gravitačně svázané s žádnou stálicí. Jak podotýká Mark McCaughrean z ESA, nejde o hvězdy a navzdory jejich planetární velikosti ani o klasické oběžnice.
Problém tkví v tom, že pokud by JuMBO objekty vznikaly stejně jako hvězdy – tedy zhroucením molekulárního mračna – stojí proti nim statistika. Podle veškerých pozorování klesá s hmotou stálic pravděpodobnost jejich výskytu ve dvojčlenných systémech. V párech se nachází asi 75 % masivních hvězd, zhruba 50 % stálic o velikosti Slunce a přibližně 25 % těch nejmenších. Dle uvedené logiky by se JuMBO objekty, jejichž hmotnost se blíží Jupiteru, neměly ve dvojicích vyskytovat prakticky nikdy. Oněch 40 párů v nevelké oblasti mlhoviny v Orionu je tudíž výsměchem do tváře pravděpodobnosti.
Teoreticky mohly JuMBO objekty vzniknout v planetárních systémech, tedy běžným způsobem v protoplanetárním disku u mladé hvězdy. Poté mohl nastat nějaký extrémní vývoj, jako blízké setkání planet stejného systému, průlet hvězdy či oběžnice odjinud anebo třeba přiblížení černé díry. Háček spočívá v tom, že by šlo o velmi dramatickou událost se spoustou uvolněné energie. A jen velmi vzácně by mohlo dojít k současnému vytržení dvou planet, jež by poté utvořily pár. Čtyřicet dvojic JuMBO objektů blízko sebe tak opět znamená statistickou katastrofu.
Co se nachází v nitru černé díry?
Černé díry jsou jako magnet na záhady, a v našem přehledu se tedy objevují víc než jednou. Nejde jen o jejich povahu kosmických behemotů s vlastnostmi zcela mimo naši fantazii. Design černých „monster“ totiž znamená záhadu sám o sobě: Podle převládajících představ odděluje vnitřek černé díry od vnějšího světa horizont událostí, skrz který se nemůže ven dostat nic, dokonce ani světlo. Podle rovnic Einsteinovy obecné relativity nabývají běžně známé parametry uvnitř černé díry nekonečných hodnot. Vědci hovoří o gravitační singularitě, tedy nekonečně malé oblasti s nekonečnou hustotou.
Zmíněná nesmírně exotická záležitost však představuje pro odborníky problém. V singularitě se hroutí fyzikální zákony a teorie, a pokud ji fyzikové někde najdou, vlastně tím říkají, že nevědí, co se tam děje. Existence horizontu událostí zas vyvolává nepříjemné paradoxy, s nimiž si věda zatím příliš neporadí. Proto se objevuje celá řada více či méně výstředních teorií a modelů, jež se snaží k tradičnímu modelu černé díry nabídnout alternativu: Jde mimo jiné o hvězdy temné energie, objekty GEODE alias Generic Objects of Dark Energy, gravastary, černé hvězdy, věčně kolabující objekty MECO neboli Magnetospheric Eternally Collapsing Objects, temné hvězdy či fuzzbally coby přízračná klubka superstrun. Obecně se pak věří, že singularita není reálným popisem situace a že vysvětlení časem přinese úplná teorie kvantové gravitace.
Jak mohly supermasivní černé díry vyrůst tak rychle?
Vesmírný dalekohled Jamese Webba nám pomohl s řadou zajímavých problémů, některé otazníky však jeho pozorování ještě prohloubila. Příklad nabízejí supermasivní černé díry ve velmi mladém vesmíru: Netušíme totiž, jak se mohly objekty s hmotou o ekvivalentu milionů nebo i miliard sluncí zformovat tak brzy po Velkém třesku. Zdá se velmi nepravděpodobné, že by se zrodily z hvězdných černých děr, které vznikají zhroucením gigantických stálic. Takto se utvářejí černé díry s hmotou odpovídající asi 10–100 sluncím, jež jsou proti zmíněným „otesánkům“ jako malé bezvýznamné kosmické nic.
Vědci mají za to, že supermasivní černé díry mohou růst díky splývání se svými protějšky. Jinou možnost nabízí rychlé pohlcování okolní hmoty, tedy převážně kosmického plynu a prachu, přestože si černý gigant může „smlsnout“ také na hvězdě či podobných objektech. Jenomže podle našich dosavadních znalostí by i v extrémních případech trvalo nejméně miliardu let, než by supermasivní černá díra uvedeným způsobem dosáhla hmoty milionů sluncí. Webb přitom vystopoval popsané obry ve vesmíru starém asi jen 600 milionů roků. V tuto chvíli se tedy jedná pro modely vzniku a vývoje kosmu o závažný problém.
