Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) představuje monumentální skok v naší schopnosti pozorovat nejranější okamžiky vesmíru. Úspěšné nasazení dalekohledu, který byl vypuštěn v prosinci 2021 – zejména nasazení jeho masivní sluneční clony – znamenalo začátek éry, kdy pozorování úplně prvních hvězd přestalo být sci-fi a stalo se dosažitelnou realitou.
Hádanka raných supermasivních černých děr
Jedním z prvních překvapení JWST byl objev supermasivních černých děr, které existovaly, když byl vesmír jen 3 % jeho současného stáří. Tyto černé díry, některé milionkrát hmotnější než naše Slunce, představují velkou záhadu: Jak se vytvořily tak rychle? Jedna teorie naznačuje, že menší černé díry, zrozené výbušnou smrtí prvních hvězd (známých jako hvězdy Populace III), se pod vlivem gravitace rychle spojily a vytvořily tyto obry. Časový rámec tohoto procesu je však značně zhuštěný, což vyvolává otázky ohledně mechanismů, které umožnily sloučení tisíců menších černých děr během pouhých několika set milionů let.
Hvězdy populace III: První světlo vesmíru
Hvězdy populace III mají klíč k zodpovězení těchto otázek. Tyto hvězdy vznikly v primordiálním vesmíru složeném téměř výhradně z vodíku a helia, pouze se stopovým množstvím dalších prvků. Byly mnohem hmotnější než dnes zrozené hvězdy, žily rychle a umíraly mladé ve velkolepých supernovách. Tyto exploze zasévaly vesmír těžšími prvky – uhlíkem, kyslíkem, železem – nezbytnými pro vznik planet a života.
Problém je, že tyto hvězdy nikdo nikdy přímo nepozoroval. Jejich extrémní vzdálenost a expanze vesmíru ztěžují detekci, ale JWST nabízí řešení.
Gravitační čočky: Vesmírný mikroskop
K překonání tohoto problému používají astronomové jev zvaný gravitační čočka. Masivní objekty – jako jsou kupy galaxií – ohýbají samotný prostor a zvětšují světlo ze vzdálených galaxií za nimi. Tento efekt, který předpověděl Einstein, v podstatě mění vesmír na přirozený dalekohled. Namířením JWST na tyto čočky můžeme v určitých oblastech dosáhnout 10 000násobného zvětšení a účinně proměnit observatoř ve vesmírný mikroskop. To nám umožňuje vidět objekty, které by jinak nebylo možné detekovat.
První pohledy: Ikarus a Arendelle
V posledních letech už astronomové viděli některé z nejstarších hvězd. V roce 2016 objevil Hubbleův dalekohled Icarus, první hvězdu pozorovanou touto metodou, v neuvěřitelné vzdálenosti 200krát větší než jakákoli dříve známá hvězda. Nedávno, v roce 2022, JWST objevil Arendelle, hvězdu pětkrát vzdálenější než Icarus, která se objevila, když byl vesmír pouhých 7 % svého současného stáří.
Tyto objevy naznačují, že možná brzy budeme moci pozorovat první generaci hvězd přímo. Nicméně i tato pozorování jsou momentky v určitém časovém okamžiku: tyto hvězdy vidíme tak, jak byly před miliardami let, ne tak, jak existují dnes.
Temná hmota a hledání neviditelných struktur
Světlo těchto starověkých hvězd odhaluje více než jen informace o jejich složení; prochází také neviditelnými strukturami temné hmoty. Temná hmota tvoří drtivou většinu hmoty ve vesmíru, ale její povaha zůstává neznámá. Analýzou toho, jak je světlo procházející čočkami zkresleno, mohou astronomové zmapovat rozložení temné hmoty a otestovat teorie o jejím složení. Některá nedávná pozorování naznačují, že temná hmota může vytvářet struktury s hmotností srovnatelnou s planetami, což by vyvracelo určité modely temné hmoty.
Budoucnost prvního světla
Hon na hvězdy Populace III se zrychluje. Nadcházející římský vesmírný dalekohled Nancy Grace bude zkoumat velkou část oblohy a odhalí tisíce nových gravitačních čoček. Plánovaná observatoř Habitable Worlds Observatory (HWO) slibuje ještě větší schopnosti, které potenciálně umožní studium těchto starověkých hvězd v bezprecedentních detailech.
Spojením výkonu pokročilých dalekohledů s přírodními čočkami vstupujeme do zlaté éry astronomie. Pozorování prvních hvězd vesmíru není jen o pochopení rané kosmologie; je řešením základních záhad temné hmoty a původu všeho, co dnes vidíme. První dinosauří hvězdy budou brzy potvrzeny a my je budeme studovat podrobněji a odhalíme tajemství, která byla ukryta po miliardy let.
