Úsvit vesmíru a reionizace, vznik prvních hvězd vesmíru

Kdy se rozzářily první hvězdy? Úsvit vesmíru a reionizace

Zrod prvních hvězd byl pro vesmír velkým, doslova přelomovým okamžikem. Tato záplava, hotová povodeň prvních hvězd rozzářila dosud zcela temný vesmír. Vytvořila ohromné bubliny plynu, který byl vybuzen k záření - byl ionizován. Podle badatelů byly hvězdy (a galaxie) plně formovány již pouhých 680 miliónů let po velkém třesku.

V prvních dnech své existence byl vesmír neobyčejně homogenní: měl všude stejnou hustotu i teplotu. V celém vesmíru nesvítila jediná hvězda. Vesmír byl šedivě neutrální. Několik prvních set tisíc let po velkém třesku byl vesmír natolik hustý a horký, že neumožňoval ani vznik atomů. Plazmatická polévka byla plná oddělených elementárních částic.

Všechno to víření a klokotání ustává asi 380 000 let po velkém třesku, kdy teplota a hustota plazmatu ve vesmíru klesla natolik, že se elektrony mohly začít spojovat s atomovými jádry a začít vznikat první atomy vodíku a hélia. Při této události došlo k uvolnění ohromného množství energie, kterou dnes pozorujeme jako kosmické mikrovlnné pozadí. To nazýváme jako reliktní záření.

Po další milióny let byl vesmír v "nehybném" stavu. Látka nadále chladla a vesmír se rozpínal. Náhodně začínaly v homogenním prostředí vznikat drobné fluktuace, zárodky gravitační nestability. Ty z okolí postupně nasávaly materiál. Protože tyto zárodky neustále rostly a získávaly "gravitační výhodu", jejich růst se neustále zrychloval. Právě z těchto zárodků, původních gravitačních nestabilit, mohly začít vznikat první hvězdy a galaxie v doposud klidném, temném a neutrálním vesmíru.

Kdy přesně vznikly úplně první hvězdy dnes nevíme. Jejich vznik byl ale mimořádným předělem ve vývoji vesmíru. Vesmír po velkém třesku tvořilo mimořádně husté a horké plazma. Když bylo vesmíru asi 380 000 let, došlo k radikální změně. Plazma vychladla natolik, že částice rekombinovaly a vznikl neutrální plyn. To je právě ten okamžik, kdy došlo k oddělení záření od látky neboli ke vzniku již zmíněného reliktního záření.

Neutrální stav látky ve vesmíru je však situací jedinečnou. V dnešním vesmíru je drtivá většina hmoty ve stavu plazmy. Tedy v takovém stavu, v jakém byla ve vesmíru při jeho zrodu a raném vývoji. Slunce? Plazma. Hvězdy? Plazma. Mlhoviny? Plazma. Vesmír je 13 miliard let po svém zrodu opět vyplněnou plazmou.

Během raného vývoje se muselo ve vesmíru stát něco zásadního, co opět rozbilo všechny (téměř všechny) atomy. A to něco zásadního se muselo stát velice brzy, neboť kam dnes ve vesmíru dohlédneme, všude je plazma. K reionizaci vesmíru tak muselo dojít velice záhy.

Astronomové se domnívají, že za proměnou vesmíru, za jeho reionizací, stojí extrémní ultrafialové záření první generace hvězd a jejich následné exploze ve formě supernov. Toto záření a exploze první generace hvězd zásadně přetvořily nás vesmír. Vědci jsou ale frustrování z toho, že ani nejsilnější dalekohledy nemají tu schopnost (prozatím) nahlédnout dostatečně hluboko do vesmíru. Do časů, kdy zářily právě tyto první hvězdy. Dosud nevědí, kdy došlo ke kosmickému "úsvitu" (rozzáření první generace hvězd) a k následné reionizaci vesmíru.

Tento stav našich znalostí začínají pomalu měnit nové výzkumy. Lov badatelů je zaměřen na hledání nejstarších galaxií z období, které by se dalo nazvat pubertální fází vývoje vesmíru. Mezinárodní tým astronomů nedávno našel tři galaxie, které jsou mimořádně slabé, neuvěřitelně malé a ohromně vzdálené.

Tyto galaxie byly zformovány a zářily již v době, kdy bylo vesmíru pouhých 680 miliónů let. Tyto zářící galaxie začaly vyfukovat bubliny plynu, začaly transformovat vesmír ve svém okolí. Toto je první příznak epochy reionizace, která skončila dříve, než vesmír dosáhl věku miliardy let. Dosud nikdo nepředpokládal, že by k reionizaci vesmíru mohlo dojít již takto brzy po velkém třesku.

Nejstarší galaxie budou zajisté vynikajícím cílem pro právě dokončovaný Webbův teleskop, který je navržen právě ke studiu historie vesmíru. Teleskop jistě nalezne daleko více příkladů reionizace, což nám umožní konečně pochopit tuto zásadní transformační epochu ve vývoji vesmíru.

• Zdroj: When did the universe 'wake up'?