Radioteleskop CHIME poprvé samostatně zachytil slabé vodíkové záření z raného vesmíru

Kanadský radioteleskop CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) zaznamenal slabé záření vodíkového plynu pocházející z hluboké minulosti vesmíru. Jde o vůbec první detekci tohoto druhu, kterou se podařilo uskutečnit výhradně na základě vlastních dat přístroje, bez kombinace s pozorováními jiných observatoří.

CHIME je přístroj umístěný v Dominion Radio Astrophysical Observatory v kanadské Britské Kolumbii. Na rozdíl od klasických teleskopů s pohyblivými zrcadly nemá žádné pohyblivé části – skládá se ze čtyř velkých válcovitých reflektorů, které soustřeďují rádiové signály na řady citlivých antén. Díky tomu dokáže teleskop sledovat velkou část oblohy současně a zachytávat signály přicházející z různých směrů vesmíru v reálném čase.

Přístroj byl původně navržen především k mapování rozložení vodíku ve vesmíru pomocí takzvané 21centimetrové vlnové délky, což je charakteristické záření, které neutrální vodík vyzařuje při přechodu mezi dvěma energetickými stavy elektronu. Toto záření patří mezi klíčové nástroje moderní kosmologie, protože umožňuje astronomům sledovat, jak byla hmota ve vesmíru rozložena v různých obdobích jeho historie.

Nová detekce se týká právě tohoto vodíkového signálu, který pochází z období, kdy bylo záření mnohem slabší a vzdálenější než u dosud běžně pozorovaných zdrojů. Signál je natolik slabý, že jeho zachycení vyžaduje extrémně citlivé přístroje a sofistikované metody zpracování dat, které dokážou odfiltrovat rušivé vlivy pozadí, including signály pocházející z naší vlastní Galaxie a z blízkého vesmíru.

Skutečnost, že se CHIME podařilo tento signál detekovat pouze pomocí vlastních pozorování, bez nutnosti spoléhat se na doplňková data z jiných teleskopů nebo observatoří, je podle odborníků významným technickým i vědeckým milníkem. Dosavadní pokusy o podobná měření obvykle vyžadovaly kombinaci dat z více zdrojů, aby bylo možné potvrdit, že zachycený signál skutečně pochází z hlubokého vesmíru, a ne z jiných, bližších zdrojů rušení.

Detekce slabého vodíkového záření z tak vzdálené minulosti vesmíru otevírá cestu k lepšímu porozumění tomu, jak se vesmír vyvíjel v obdobích, která jsou pro přímé pozorování obtížně dostupná. Vodík byl po velkém třesku nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru a jeho rozložení v prostoru a čase odráží, jak se postupně formovaly první struktury – galaxie, hvězdy a jejich kupy. Mapování tohoto rozložení tak vědcům pomáhá rekonstruovat historii kosmické expanze a růstu velkorozměrových struktur.

Radioastronomové dlouhodobě usilují o to, aby dokázali zachytit signál 21centimetrového záření z co nejranějších období vesmíru, protože by to umožnilo nahlédnout do doby, kdy se formovaly první hvězdy a galaxie – tedy do období, které je pro optické teleskopy prakticky nedostupné, protože v té době ještě neexistovaly zdroje viditelného světla v dostatečném množství. Rádiové signály, na rozdíl od viditelného světla, mohou z těchto raných period vesmíru dorazit k Zemi i přes velké vzdálenosti a časové odstupy, i když jsou extrémně slabé a obtížně měřitelné.

Úspěch CHIME v této oblasti potvrzuje, že přístroj dokáže plnit i náročnější vědecké úkoly, než pro které byl původně primárně určen. Kromě mapování vodíku je teleskop známý také díky své schopnosti zachytávat rychlé rádiové záblesky (fast radio bursts), tajemné a extrémně krátké impulzy rádiového záření přicházející z hlubokého vesmíru, jejichž původ zatím není zcela objasněn. CHIME patří mezi přístroje, které k dosavadnímu poznání těchto záblesků přispěly nejvýznamnějším množstvím pozorování.

Vědci nyní plánují na nové zjištění navázat dalšími pozorováními, která by měla upřesnit vlastnosti detekovaného signálu a jeho přesné umístění v čase a prostoru. Cílem je postupně rozšířit citlivost měření tak, aby bylo možné zachytit signály pocházející z ještě dřívějších období vesmírné historie. Pokud se to podaří, mohlo by to přinést zásadní nové poznatky o tom, jak vesmír vypadal v době, kdy se teprve formovaly jeho první struktury, a jak probíhal proces, během něhož neutrální vodík postupně ionizovalo záření prvních hvězd a galaxií.