Naprieč hviezdnym nebom sa ťahá jasný pás Mliečnej dráhy. Je to naša Galaxia, hviezdny ostrov so stovkami miliárd hviezd. Pri bližšom pohľade zistíme, že široký svetielkujúci pruh prerušujú tmavé oblasti. Vyzerá to, že tieto „diery v nebi”, ako ich nazval William Herschel, vyšli naprázdno, keď sa v Galaxii prideľovali hviezdy. Chyba – nevyšli. Hviezdy tam sú, len ich nevidíme. Stoja nám v ceste oblaky kozmického prachu.
Medzihviezdna látka, to je z 99 percent plyn. Prachu je v nej len štipka, ako soli v polievke. A ako tá soľ, aj on je nad zlato. Na prachových zrnkách, keď na ne dopadá ultrafialové žiarenie, môžu totiž vznikať zložité organické molekuly. Ktovie, azda aj život na Zemi pochádza z týchto miniatúrnych chemických tovární. Mohli ho k nám doniesť „špinavé snehové gule” alias kométy. Špinavé preto, lebo sú z ľadu zlepeného s kameňmi a štrkom, ktorý obsahuje… čo iné ako prach.
Prachové mračno, ktoré nám zacláňa niektorú z hviezd, má lacný a ekologický zdroj energie – jej svetlo. Prach si energiu, čo takto nadobudne, nenecháva pre seba. Čo pohltí, to vyžiari, akurát na väčšej vlnovej dĺžke. Koniec koncov, aj naše telo vydá časť energie, ktorú prijme z jedla, na tepelné žiarenie. Každý z nás svieti, ako sa spieva v jednej pesničke, „ako mesiac a hviezdy a slnko”. Kozmický prach svieti tiež, a riadne silno. Hoci je ho tak málo, infračervené žiarenie, ktoré vysiela, tvorí takmer tretinu žiarenia Galaxie.
Keď svetlo prenáša v jednom smere viac energie než v druhom – myslia sa smery kmitania poľa, kolmé na smer, v ktorom sa šíri svetelná vlna – hovoríme, že je polarizované. Také je napríklad svetlo, ktoré vysiela denná obloha. Aj žiarenie kozmického prachu má sklon uprednostňovať jeden smer, niekde taký a niekde onaký. Z toho sa dá usúdiť, že prachové zrnká nie sú presné guľôčky, a ďalej, že rôzne zrnká z tej istej oblasti sú natočené plus-mínus rovnako.
Je to ako hra orchestra. Najprv si každý naladí nástroj. Pri zrnkách to znamená, že pôsobením svetla z okolitých hviezd postupne prejdú, či už majú tvar lietajúceho taniera, alebo lopty, s ktorou sa hrá americký futbal, od náhodných kotrmelcov k otáčaniu okolo kratšej osi. Osi rôznych zrniek však budú ukazovať do rôznych smerov. Aby sa vyrovnali, musí „za dirigentský pult” nastúpiť magnetické pole. Kde sa objaví, všetky osi sa natočia pozdĺž neho. A keďže zrnká vysielajú najviac svetla tam, kde sú najširšie, ich žiarenie bude polarizované kolmo na pole, ktoré na ne pôsobí.
.skrčený prach, skrytý plyn
Niekedy by boli astronómovia najradšej, keby v Galaxii nijaký prach nebol. To keď pozorujú kozmické mikrovlnné pozadie – milimetrové rádiové vlny pochádzajúce z doby, keď bol vesmír súvisle zaplnený horúcim plynom. Zaujímajú ich najmä odchýlky od rovnomerného rozdelenia energie týchto vĺn, tak ako k nám prichádzajú z rôznych miest na oblohe. Tu sa ukazuje rozdiel medzi diskom Galaxie a priestorom okolo neho, ktorému sa hovorí halo. Žiarenie prachu z disku je síce slabšie než žiarenie pozadia, ktoré prichádza spoza disku, no jeho mikroskopické odchýlky od rovnomernosti dokáže úspešne prekryť. V hale je prachu podstatne menej, takže tam vidno žiarenie pozadia so všetkými detailmi. Pridať príspevok prachu z disku Galaxie do mapy mikrovlnného pozadia je ako vyliať na obraz starého majstra vedro latexu; urobiť to isté s prachom v hale je ako poprášiť ho púdrom.
Žiarenie prvotného plynu je polarizované podobne ako to prachové, veľmi slabo a na každom kúsku oblohy ináč. Astronómovia majú jeho polarizáciu podrobne zmapovanú, jedno však o nej nevedia: či má aj zložku zvanú B-mód, ktorá sa zakrúca do špirál, v rôznych častiach oblohy rôzne natočených. Keby mala, bolo by to ako vyhlásenie očitého svedka, podpísané a notársky overené, že horúci plyn, v ktorom mikrovlnné pozadie vzniklo, križovali gravitačné vlny.
.výprava za B-módom
Keď sa tím z experimentu BICEP2 vydal do krajiny večného ľadu za B-módom v mikrovlnnom pozadí, bol si vedomý toho, kto je ich hlavný protivník. Všetko nasvedčovalo, že ak aj ten mód existuje, je natoľko slabý, že aj to málo prachu, čo je v hale, je schopné ho zatieniť. Polárnici boli na to nachystaní. Na pozorovanie si vybrali kus oblohy, zvaný Južná diera, v ktorom prach, ako boli presvedčení, takmer celkom chýba. Opäť „diera v nebi”, lenže tentoraz skutočná. Preto keď im prístroje pátrajúce po B-móde oznámili JE TAM, začali triasť fľašami so šampanským a vyrážať neartikulované výkriky – či ako sa oslavuje na južnom póle. Boli si istí, že našli, čo hľadali.
V správe o experimente BICEP2 sa ukazuje, že najvyššia hodnota, ktorú dávajú pre prachový B-mód v Južnej diere modely, známe z literatúry, je štvrtina nameranej. Dva z týchto modelov vychádzali z predbežných údajov družice Planck, známych v tom čase iba z dataprojektorovej prezentácie. Myšlienka bola zmerať B-mód v Južnej diere pri menšej vlnovej dĺžke, pri ktorej prach jasne prevláda, a výsledok prerobiť na požadovanú vlnovú dĺžku s využitím závislosti, ktorá sa dostane z údajov nahromadených z celej oblohy. Fajn. Lenže po pol roku, keď tím z Plancka skompletizoval ďalšie, v poradí už tridsiate vyhodnocovanie výsledkov, prišla studená sprcha. Takto získaný prachový B-mód môže vysvetliť celú hodnotu, ktorú nameral BICEP2.
.chvála vedy
Ďalšie experimenty možno ukážu, že B-mód žiarenia pozadia je ukrytý v chybe merania toho prachového, tak ako bola celá polarizácia pozadia pôvodne ukrytá v chybe, s ktorou sa merala jeho energia. Takže to bude ako s tým zámkom, pri ktorom je strom, pod stromom jeleň, v jeleňovi kačka, v kačke zlaté vajce a vo vajci všetka čarodejníkova moc.
.autor je fyzik.
Medzihviezdna látka, to je z 99 percent plyn. Prachu je v nej len štipka, ako soli v polievke. A ako tá soľ, aj on je nad zlato. Na prachových zrnkách, keď na ne dopadá ultrafialové žiarenie, môžu totiž vznikať zložité organické molekuly. Ktovie, azda aj život na Zemi pochádza z týchto miniatúrnych chemických tovární. Mohli ho k nám doniesť „špinavé snehové gule” alias kométy. Špinavé preto, lebo sú z ľadu zlepeného s kameňmi a štrkom, ktorý obsahuje… čo iné ako prach.
Prachové mračno, ktoré nám zacláňa niektorú z hviezd, má lacný a ekologický zdroj energie – jej svetlo. Prach si energiu, čo takto nadobudne, nenecháva pre seba. Čo pohltí, to vyžiari, akurát na väčšej vlnovej dĺžke. Koniec koncov, aj naše telo vydá časť energie, ktorú prijme z jedla, na tepelné žiarenie. Každý z nás svieti, ako sa spieva v jednej pesničke, „ako mesiac a hviezdy a slnko”. Kozmický prach svieti tiež, a riadne silno. Hoci je ho tak málo, infračervené žiarenie, ktoré vysiela, tvorí takmer tretinu žiarenia Galaxie.
Keď svetlo prenáša v jednom smere viac energie než v druhom – myslia sa smery kmitania poľa, kolmé na smer, v ktorom sa šíri svetelná vlna – hovoríme, že je polarizované. Také je napríklad svetlo, ktoré vysiela denná obloha. Aj žiarenie kozmického prachu má sklon uprednostňovať jeden smer, niekde taký a niekde onaký. Z toho sa dá usúdiť, že prachové zrnká nie sú presné guľôčky, a ďalej, že rôzne zrnká z tej istej oblasti sú natočené plus-mínus rovnako.
Je to ako hra orchestra. Najprv si každý naladí nástroj. Pri zrnkách to znamená, že pôsobením svetla z okolitých hviezd postupne prejdú, či už majú tvar lietajúceho taniera, alebo lopty, s ktorou sa hrá americký futbal, od náhodných kotrmelcov k otáčaniu okolo kratšej osi. Osi rôznych zrniek však budú ukazovať do rôznych smerov. Aby sa vyrovnali, musí „za dirigentský pult” nastúpiť magnetické pole. Kde sa objaví, všetky osi sa natočia pozdĺž neho. A keďže zrnká vysielajú najviac svetla tam, kde sú najširšie, ich žiarenie bude polarizované kolmo na pole, ktoré na ne pôsobí.
.skrčený prach, skrytý plyn
Niekedy by boli astronómovia najradšej, keby v Galaxii nijaký prach nebol. To keď pozorujú kozmické mikrovlnné pozadie – milimetrové rádiové vlny pochádzajúce z doby, keď bol vesmír súvisle zaplnený horúcim plynom. Zaujímajú ich najmä odchýlky od rovnomerného rozdelenia energie týchto vĺn, tak ako k nám prichádzajú z rôznych miest na oblohe. Tu sa ukazuje rozdiel medzi diskom Galaxie a priestorom okolo neho, ktorému sa hovorí halo. Žiarenie prachu z disku je síce slabšie než žiarenie pozadia, ktoré prichádza spoza disku, no jeho mikroskopické odchýlky od rovnomernosti dokáže úspešne prekryť. V hale je prachu podstatne menej, takže tam vidno žiarenie pozadia so všetkými detailmi. Pridať príspevok prachu z disku Galaxie do mapy mikrovlnného pozadia je ako vyliať na obraz starého majstra vedro latexu; urobiť to isté s prachom v hale je ako poprášiť ho púdrom.
Žiarenie prvotného plynu je polarizované podobne ako to prachové, veľmi slabo a na každom kúsku oblohy ináč. Astronómovia majú jeho polarizáciu podrobne zmapovanú, jedno však o nej nevedia: či má aj zložku zvanú B-mód, ktorá sa zakrúca do špirál, v rôznych častiach oblohy rôzne natočených. Keby mala, bolo by to ako vyhlásenie očitého svedka, podpísané a notársky overené, že horúci plyn, v ktorom mikrovlnné pozadie vzniklo, križovali gravitačné vlny.
.výprava za B-módom
Keď sa tím z experimentu BICEP2 vydal do krajiny večného ľadu za B-módom v mikrovlnnom pozadí, bol si vedomý toho, kto je ich hlavný protivník. Všetko nasvedčovalo, že ak aj ten mód existuje, je natoľko slabý, že aj to málo prachu, čo je v hale, je schopné ho zatieniť. Polárnici boli na to nachystaní. Na pozorovanie si vybrali kus oblohy, zvaný Južná diera, v ktorom prach, ako boli presvedčení, takmer celkom chýba. Opäť „diera v nebi”, lenže tentoraz skutočná. Preto keď im prístroje pátrajúce po B-móde oznámili JE TAM, začali triasť fľašami so šampanským a vyrážať neartikulované výkriky – či ako sa oslavuje na južnom póle. Boli si istí, že našli, čo hľadali.
V správe o experimente BICEP2 sa ukazuje, že najvyššia hodnota, ktorú dávajú pre prachový B-mód v Južnej diere modely, známe z literatúry, je štvrtina nameranej. Dva z týchto modelov vychádzali z predbežných údajov družice Planck, známych v tom čase iba z dataprojektorovej prezentácie. Myšlienka bola zmerať B-mód v Južnej diere pri menšej vlnovej dĺžke, pri ktorej prach jasne prevláda, a výsledok prerobiť na požadovanú vlnovú dĺžku s využitím závislosti, ktorá sa dostane z údajov nahromadených z celej oblohy. Fajn. Lenže po pol roku, keď tím z Plancka skompletizoval ďalšie, v poradí už tridsiate vyhodnocovanie výsledkov, prišla studená sprcha. Takto získaný prachový B-mód môže vysvetliť celú hodnotu, ktorú nameral BICEP2.
.chvála vedy
Ďalšie experimenty možno ukážu, že B-mód žiarenia pozadia je ukrytý v chybe merania toho prachového, tak ako bola celá polarizácia pozadia pôvodne ukrytá v chybe, s ktorou sa merala jeho energia. Takže to bude ako s tým zámkom, pri ktorom je strom, pod stromom jeleň, v jeleňovi kačka, v kačke zlaté vajce a vo vajci všetka čarodejníkova moc.
.autor je fyzik.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.