Co změřila družice Planck?
Planck byl evropský kosmický přístroj pro měření mikrovlnného záření celé oblohy. Jeho mapy drobných teplotních rozdílů a polarizace reliktního záření patří k základním podkladům moderní kosmologie. Stáří ani složení vesmíru však přístroj neodečetl přímo: vědci je odvozují porovnáváním dat s fyzikálními modely.
© / kredit: ESA/Planck Collaboration · Zdroj · · ESA Standard Licence · Úpravy: zmenšení bez výřezu, doplnění rámečku a kreditu mimo obraz.
Kde Planck pracoval a proč tak daleko od Země
Družice Evropské kosmické agentury ESA odstartovala 14. května 2009. Pozorovala z okolí bodu L2 soustavy Slunce–Země, přibližně 1,5 milionu kilometrů od Země směrem od Slunce. Nešlo o přistání na pevném bodě: družice kolem jeho okolí obíhala.
Taková poloha usnadňovala odstínění Slunce, Země a Měsíce a udržování stálých tepelných podmínek. Pro mikrovlnné detektory je vlastní teplo přístroje rušivým signálem. Proto měla mise také mimořádně účinné chlazení. Vědecká pozorování skončila v roce 2013; analýza a využívání dat pokračují.
Co skutečně zachytily detektory
Dvojice přístrojů LFI a HFI měřila záření v devíti frekvenčních pásmech od 30 do 857 GHz. Skenováním oblohy vznikaly záznamy intenzity z různých směrů; část detektorů rozlišovala také polarizaci, tedy orientaci kmitání elektromagnetického pole.
Hlavním cílem bylo reliktní záření, světlo uvolněné v době, kdy se vesmír stal průhledným, asi 380 tisíc let po velkém třesku. Dnes je rozpínáním protažené do mikrovln. Planck tedy nefotografoval okamžik vzniku vesmíru ani hvězdy z této doby.
Proč nestačí vyfotografovat oblohu jednou barvou
Před vzdáleným pozadím leží naše Galaxie. Její prach, plyn i další zdroje také vyzařují. Jediná mikrovlnná mapa proto obsahuje směs různých příspěvků.
Různé zdroje mění jas s frekvencí odlišně. Porovnání více pásem umožňuje odhadnout jejich podíl a sestavit mapu reliktního záření. Některé oblasti se při přesné analýze zakrývají, protože v nich zůstává příliš mnoho rušivého záření. Výsledná mapa je zpracovaný vědecký produkt, nikoli obyčejná barevná fotografie.
Jak z mapy získáme stáří a složení vesmíru
Vědci zjišťují, jak výrazné jsou teplotní rozdíly na různě velkých úhlových měřítkách. Jejich charakteristický vzor závisí na podmínkách raného vesmíru a na tom, jak se světlo šířilo až k nám.
Předpovědi modelu ΛCDM se pak porovnávají s daty. V tomto rámci vychází stáří vesmíru přibližně 13,8 miliardy let a odhady podílů běžné hmoty, temné hmoty a temné energie. Změníme-li předpoklady modelu, mohou se změnit i odvozené hodnoty. Planck také umožnil rekonstruovat gravitační čočkování reliktního záření, tedy jeho drobné deformace hmotou na cestě.
Co Planck nerozhodl sám
Model ΛCDM dokáže dobře popsat naměřený vzor teplotních rozdílů a polarizace reliktního záření. Pokud pomocí tohoto modelu z dat Plancku odvodíme dnešní rychlost rozpínání vesmíru, vyjde nižší hodnota než při jejím určování z měření vzdáleností a rudých posuvů galaxií v bližším vesmíru. Tento rozpor označujeme jako Hubbleovo napětí. Samotná data Plancku nerozhodují, zda za rozdílem stojí dosud neodhalená chyba některého měření, nebo zda potřebujeme upravit kosmologický model.
Výsledky Plancku proto vědci porovnávají s pozorováními, která zkoumají vesmír jiným způsobem. Planck měřil reliktní záření, které nese informace především o raném vesmíru. DESI naproti tomu zjišťuje polohy a rudé posuvy galaxií a z jejich rozložení pomáhá určit historii rozpínání. Euclid navíc měří drobné deformace obrazů galaxií způsobené gravitací hmoty mezi nimi a námi. Vědci pak ověřují, zda jeden kosmologický model dokáže současně vysvětlit všechny tyto různé soubory měření.
Zdroje a další čtení
Proč je to zajímavé právě pro vás?
Když se dočtete, že Planck určil stáří nebo složení vesmíru, můžete rozlišit dvě věci: přesně změřenou mapu záření a parametry, které z ní odvozujeme za určitých fyzikálních předpokladů.
Našli jste chybu nebo nepřesnost? Napište redakci. (redakce@kosmonovinky.cz)