Habla teleskopa kontā grandiozs rekords – tālākā jebkad novērotā zvaigzne

Visumā ir objekti, kurus nekad nesaskatīsim – lai cik jaudīgi nebūtu mūsu teleskopi un lai cik miljardus gadu negaidītu gaismu ceļojam šurp no vistālākajiem nostūriem. Daļa (un droši vien lielākā daļa) Visuma mums allaž paliks apslēpta un nesasniedzama. Bet jau šobrīd astronomi visai labi zina, ka mums zināmais Visums sākās pirms apmēram 13,8 miljardiem gadu notikumā, ko dēvējam par Lielo sprādzienu, taču tas nenozīmē, ka Visums ir tikai 13,8 miljardus gaismas gadu liels. Patiesībā šī brīža aktuālās aplēses liecina, ka novērojamā Visuma rādiuss ir aptuveni 46,5 miljardi gaismas gadu. Kā nākas, ka spējām saskatīt objektu 28 miljardu gaismas gadu attālumā, no kura gaismai līdz mums šķietami nebūtu iespējams atceļot, ņemot vērā Visuma vecumu?

Kad veramies kosmosā, mēs raugāmies ne tikai tālumā, bet arī atpakaļ laikā. Telpa un laiks ir nesaraujami saistīti. Tā Saule, ko redzam debesīs šobrīd, ir Saule, kāda tā izskatījās apmēram 8 minūtes tālā pagātnē – tik ilgs laiks nepieciešams, lai gaisma no Saules atceļotu pie mums.

Cik liels ir redzamais Visums? Loģiski, nevaram redzēt Visumu, pirms tas sākās. Kad Visums sākās, tas bija piepildīts ar gaismu, kas tad ceļoja cauri telpai. Senākā gaisma, ko astronomi fiksējuši no pirmajiem mirkļiem kopš Visuma dzimšanas, ir kosmiskais mikroviļņu fons. Tā ir vecākā lieta, ko esam redzējuši, un ir faktiski vienāda pilnīgi visos virzienos no Zemes.

Būtu loģiski uzskatīt, ka redzamais Visums ir gluži kā tāda sfēra (ja par atskaites punktu ņemam Zemi), kas vienlīdz stiepjas uz visām malām 13,8 miljardu gaismas gadu attālumā, tikpat, cik senākā mums zināmā gaisma. Taču tā nav. Visumā telpa nav nemainīga. Visums nevar būt reizē statisks un stabils, ja tajā ir matērija. Tam vai nu jāizplešas vai jāsaraujas. Mēs zinām, ka tas izplešas. Turklāt, ja sākotnēji gravitācijas ietekmē šī izplešanās kļuva arvien lēnāka, tad aptuveni pirms pieciem miljardiem gadu par nozīmīgu spēku kļuva tā dēvētā tumšā enerģija, kas Visuma izplešanos atkal paātrināja. 1998. gadā veikti pārnovu novērojumi to pierādīja. Kaut novērojam tumšās enerģijas efektus, tās daba vēl ne tuvu nav pilnībā izprasta.

Labu paskaidrojumu piedāvā "Fermilab" fiziķis Dons Linkolns. Iedomāsimies sfēru ap punktu, kurā šobrīd atrodas Zeme. Pieņemsim, ka šīs sfēras robežas ir kosmiskā mikroviļņu fona (ērtības labad izmantosim anglisko abreviatūru – CMB) avots, un šis CMB starojums līdz Zemei ceļojis 13,8 miljardus gadu no visām pusēm. Ja šī sfēra būtu mazāka, tad starojums jau būtu Zemei garām. Ja lielāka – tas mūs vēl nebūtu sasniedzis. Astrofiziķi aprēķinājuši – laikā, kad CMB tika emitēts, šīs sfēras rādiuss bija 42 miljoni (nevis miljardi) gaismas gadu. Kā jau noproti, šai gaismai nepietiktu vien ar 42 miljoniem gaismas gadu, lai sasniegtu Zemi. Atceries, ka Visums izplešas, turklāt visai ātri. Pavisam vienkārši aprēķini liecina, ka šīs sfēras robeža šobrīd nu būtu ap 41 miljardu gaismas gadu attālumā no mums. Taču atceramies par tumšo enerģiju, kas pirms apmēram pieciem miljardiem gadu izplešanos sāka paātrināt. Nu šī sfēras robeža, no kuras oriģināli emitēts CMB, ir vairāk nekā 46 miljardu gaismas gadu attālumā no mums.

Tātad rezumējot – mēs redzam gaismu (CMB), kas cēlusies drīz pēc Lielā sprādziena. Tā tika izstarota no salīdzinoši neliela attāluma, taču tagad šī vieta, no kuras CMB tika izstarota, ir 1100 tūkstošus reižu tālāk. Turklāt starojums, kas šobrīd mūs sasniedz, ir pagātnes "relikts". Gluži kā mēs redzam gaismu no "astoņas minūtes vecas" Saules. Varam saskatīt objektus 46 miljardu gaismas gadu attālumā, bet šī aina ir "momentuzņēmums" no 13,8 miljardus gadu senas pagātnes.

Lai labāk izprastu šo ainu, lieliska analoģija izklāstīta izdevumā "Forbes", izmantojot tā dēvēto rozīņmaizes mīklas modeli. Iedomāsimies, ka katra individuālā rozīne ir ar gravitāciju sasaistīta sistēma – vai nu kāda planētu sistēma ap zvaigzni, vesela zvaigžņu kopa, vesela galaktika vai galaktiku kopa vai pat lielāka struktūra. Mīklai rūgstot un uzpūšoties (Visumam izplešoties), rozīnes cita no citas attālinās, taču iekšēji paliek ar gravitāciju sasaistītas.

^{Attēls: Andrew Z. Colvin, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons}

Šobrīd Visums ir pavisam, pilnīgi citāds nekā pirmajos mirkļos pēc Lielā sprādziena. Ja mums redzamajā apkaimē Visums ir daudz vēsāks, tukšāks un ar planētām, zvaigznēm, miglājiem un galaktikām (ne vairs ļoti blīva un ārkārtīgi karsta elementārdaļiņu "zupa"), tad likumsakarīgi pieņemt, ka arī šobrīd 46 miljardu gaismas gadu attālumā tas ir tāds pats. Diemžēl objektus, kas izstaro gaismu no šāda attāluma pašlaik, mēs nekad neieraudzīsim. Turklāt Visuma izplešanās dēļ mēs ik dienas "zaudējam" objektus, kurus varam saskatīt. Tūkstošiem zvaigžņu šobrīd izstarotā gaisma mūs kādā brīdī sasniegs, bet šo pašu zvaigžņu nedaudz vēlāk izstarotā gaisma Zemi vairs nekad "nenoķers". Kas atrodas aiz šīs nosacītās robežas un vai Visums kopumā ir lielāks par novērojamo Visumu? Par to, protams, var prātot, ja ar 93 miljardus gaismas gadu diametrā lielu Visumu kādam vēl ir par maz.

30. martā izdevumā "Nature" publiskotajā darbā vēstīts par zvaigzni ar zinātniski piņķerīgo nosaukumu WHL0137-LS, taču astronomi, protams, labi saprot, ka tā to neviens nesauks, tāpēc piešķīra tai nosaukumu "Earendel", kas no seno sakšu valodas varētu tikt tulkota kā rīta zvaigzne vai austošā gaisma.

28 miljardi gaismas gadu ir milzīgs attālums, un arī iepriekš astronomiem izdevies redzēt tik tālus objektus. Taču parasti tās ir bijušas galaktikas, piemēram, tālākais šobrīd novērotais objekts GN-z11, kas ir neliela galaktika 32 miljardu gaismas gadu attālumā. Taču "Earendel" ir īpaša ar to, ka tā ir pirmā individuālā zvaigzne, nevis galaktika vai zvaigžņu kopa, kas novērota tādā attālumā. Pētnieki gan pieļauj, ka tā varētu būt arī bināra zvaigžņu sistēma, taču šādā savienībā tāpat ierasts, ka viena zvaigzne ir izteikti lielāka un izstaro lielāko mums redzamās gaismas daudzumu.

Kaut šī zvaigzne, pēc astronomu pašreizējām aplēsēm, ir (vai drīzāk jāsaka – bija laikā, no kura šīs zvaigznes gaisma mūs sasniegusi) no 50 līdz pat 500 reižu masīvāka par mūsu Sauli un miljoniem reižu spožāka, ieraudzīt tik tālu objektu tāpat nav viegls uzdevums, un Habla teleskopam talkā nāca veiksmīgi apstākļi.

Ekspozīcijas ilgums bija veselas deviņas stundas, un palīdzēja izdevīgs masīvu galaktiku kopu izvietojums zvaigznes priekšplānā. Tā kā gravitācijas ietekmē izliekta laiktelpa liec arī gaismu, šajos apstākļos "Earendel" palīdzēja saskatīt efekts, ko dēvē par gravitācijas lēcu ("gravitational lensing").

Šī parādība rodas, kad gaisma no tāla objekta maina izplatīšanās virzienu tuvāk novietotu kosmisko objektu gravitācijas ietekmē. Gravitācijas lēca izkropļo tālā objekta izstaroto gaismu, reizēm to pastiprina vai pat parāda dubultā. Šajā gadījumā gravitācijas lēcas efekts pastiprināja gaismu no "Earendel" vairākus desmitus tūkstošus reižu, un tikai tādēļ tā bija saskatāma ar Habla teleskopa instrumentiem.

^{Foto: AFP/Scanpix/LETA}

Šī zvaigzne veidojusies apmēram 900 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena un tādējādi ir viena no mums zināmā Visuma pirmās paaudzes zvaigznēm, raksta pētījuma autori. "Mēs uztvērām gaismu no "Earendel", kas tika izstarota tad, kad Visums bija vien nepilnu miljardu gadu vecs, apmēram 6% no Visuma šī brīža vecuma. Tobrīd šī zvaigzne bija vien četrus miljardus gaismas gadu attālumā no vietas, kur veidojās mūsu galaktika – Piena Ceļš. Laikā, kas pagāja, lai šī gaisma sasniegtu mūs, Visums nu ir izpleties tik ļoti, ka "Earendel" ir elpu aizraujošus 28 miljardus gaismas gadu attālumā," atklājumu komentē viena no darba autorēm Viktorija Streita.

Habls patiesi ļāvis ieskatīties ne tikai pagātnē, bet gandrīz vai jāsaka – aizsaulē. Tādas masas zvaigznes kā "Earendel" ilgi nedzīvo, un tā, visticamāk, ir gājusi bojā jau pirms miljardiem gadu. Šo objektu plāno pētīt arī ar Džeimsa Veba teleskopu, kas pilnvērtīgu zinātnisko darbību sāks vasaras vidū.