V minulých dvou dílech trilogie o Plancku jsme se zmínili o tom, jak Planck funguje a o některých předběžný výsledcích z této výjimečné mikrovlnné observatoře, na jejíž konstrukci se podílelo přes 50 společností z Evropy, USA a Kanady. Diskutovali jsme o novém katalogu kompaktních objektů, o vzdálených kupách galaxií objevených Planckem za pomoci Sunjajevova-Zeldovičova jevu a nových pohledech na naši Mléčnou dráhu. V dnešním závěrečném díle se seznámíme s některými dalšími výsledky a zaměříme se na to, co lze od Plancku ještě očekávat v budoucnosti.
|
Planck – mikrovlnná observatoř ESA, která byla vynesena do vesmíru 14. května 2009. Je určena k výzkumu fluktuací reliktního záření a monitorování Vesmíru v mikrovlnné oblasti. Má úhlovou rozlišovací schopnost 5′ a teplotní citlivost 2 μK při frekvenčním pásmu 30÷857 GHz. Je pojmenována podle významného kvantového fyzika Maxe Plancka. Umístěna je v Lagrangeově bodě L2 soustavy Země-Slunce. Kosmologický posuv – posuv spektrálních čar k červenému konci spektra díky rozpínání vesmíru. Při rozpínání dochází nejen ke vzájemnému vzdalování galaxií, ale i k prodlužování vlnových délek záření. Spektrum vzdálených objektů ve vesmíru se tak jeví posunuté směrem k červené až infračervené oblasti. Kosmologický červený posuv je definován předpisem z = (λ − λ0)/λ0, kde λ0 je vlnová délka spektrální čáry v okamžiku vyslání paprsku, λ je vlnová délka téže spektrální čáry v okamžiku zachycení paprsku. Malé kosmologické červené posuvy lze interpretovat pomocí Dopplerova jevu. AME – Anomalous Microwave Emission, anomální mikrovlnná emise. Jde o mikrovlnný signál v okolí 1 milimetru, který přichází z některých molekulárních mračen. Tento signál je pozorován od poloviny 90. let. Sonda Planck v roce 2011 potvrdila hypotézu, že je tento signál generován rotujícími prachovými zrnky s elektrickým dipólovým momentem. |
Studium molekulárních mračen, výzkum prachu, AME
Mikrovlnná observatoř Planck je velmi vhodná pro výzkum prachu a molekulárních mračen nejenom v naší, ale i v dalších blízkých galaxiích. Prachová zrna mají nejrůznější velikosti – od několika spojených molekul až po desítky mikrometrů. Od poloviny devadesátých let je z prachových oblastí pozorován v některých místech anomální signál v milimetrové oblasti, který zjevně nemá tepelný původ. Pro tento signál se ujala zkratka AME (Anomal Microwave Emission – anomální mikrovlnná emise). Planck pečlivě sledoval dvě známé oblasti tohoto signálu – molekulární mračno v Perseu a molekulární mračno v okolí hvězdy ρ Hadonoše. Observatoř objevila i dvě úplně nové oblasti anomálního signálu G173.6+2.8 a G107.1+5.2. Pečlivou analýzou dat se podařilo potvrdit jednu z dřívějších hypotéz. Zdrojem anomálního signálu je elektrický dipólový moment rotujících prachových zrnek. Každé zrnko se chová jako elektrický dipól a rotující dipól vyzařuje charakteristický signál.
Čtyři zdroje anomální mikrovlnné emise AME, dva z nich (G107.1+5.2 a G173.6+2.8) objevila sonda Planck. Na snímcích jsou odečteny známé zdroje signálu: tepelný signál, signál způsobený volnými srážkami elektronů a synchrotronní záření.
Fotografie vláknitých struktur v okolí mléčné dráhy. Snímek je složen ze dvou snímků z Plancku (557 GHz, 857 GHz) a jednoho snímku z družice IRAS (1 200 GHz). Na obloze tato oblast zaujímá 50°. Barvami je dobře kódována teplota přítomného prachu. Červené oblasti odpovídají teplotě prachu 10 K a bílé několika desítkám kelvinů. Viditelné prachové struktury se nacházejí ve vzdálenosti do 500 světelných roků od Země. Zdroj: ESA/IRAS.
Infračervené záření pozadí (CIB)
Reliktní záření (mikrovlnné záření pozadí) vzniklo na konci Velkého třesku, když se plazmatické skupenství měnilo v plynné a lehká atomová jádra se spojovala s elektrony v neutrální atomy. V té době zde již byly počáteční zárodky budoucích struktur, které objevila družice COBE jako fluktuace reliktního záření. Z těchto fluktuací se v období po Velkém třesku rodily první vesmírné struktury a z nich obří hvězdy a galaxie. Zrod prvních struktur byl doprovázen uvolněním záření, kterému dnes říkáme infračervené záření pozadí (anglická zkratka je CIB – Cosmic Infrared Background). Charakteristický svit prvních struktur se s expanzí vesmíru přesunul do infračervené oblasti. Čím dříve struktura vznikala, tím delší má dnes vlnovou délku. Planck není infračervenou sondou, nicméně na svých nejvyšších pozorovacích frekvencích (přístroj HFI) dokáže tento signál zachytit a díky znalosti jeho frekvenční závislosti ho jde oddělit od ostatních mikrovlnných signálů. K pozorování infračerveného záření pozadí bylo vybráno šest oblastí oblohy s relativně vysokou galaktickou šířkou (daleko od roviny Galaxie), kde se nachází nejméně zdrojů rušivého signálu z Mléčné dráhy. Těchto šest vybraných oblastí bylo pojmenováno N1, AG, SP, LH2, Bootes 1 a Bootes 2.
Šest vybraných oblastí, ve kterých bylo zkoumáno infračervené záření pozadí.
Jde o první struktury vznikající po Velkém třesku.
Planck není schopen pozorovat v infračervené oblasti, ale až v mikrovlnné. V pravé části obrázku je typické spektrum rodících se galaxií pro různé kosmologické posuvy , tedy pro různé vzdálenosti. Čím vyšší frekvenci použijeme, tím bližší objekty sledujeme. V animaci proto vidíme obrácený časový vývoj vznikajících struktur (zárodků galaxií) – se snižující frekvencí se díváme stále do větší vzdálenosti, tj. na mladší a mladší struktury.
Budoucnost
Na koci roku 2011 dojde Plancku chlazení pro vysokofrekvenční přístroj HFI a nadále již bude pracovat jen omezeně. Do té doby by ale měla stihnout dokončit čtyři kompletní přehlídky oblohy v mikrovlnném oboru. Hlavním cílem sondy Planck je výzkum fluktuací a polarizace reliktního záření, který teprve započne. Zde jsou vkládány veliké naděje do harmonické analýzy dat, ze které lze určit stáří našeho Vesmíru, podíl temné hmoty a temné energie, stavovou rovnici temné energie, zakřivení Vesmíru a další důležité kosmologické parametry. Z rozboru polarizace reliktního záření je možné monitorovat vznik prvních hvězd, hledat otisk reliktních gravitačních vln z inflační fáze nebo ze samotného počátku existence Vesmíru nebo zkoumat zachování levopravé symetrie a CPT symetrie ve Vesmíru. Planck tak čekají další nemalé úkoly a o této sondě dozajista ještě uslyšíme.
Konec
Zdroje:
- ESA: Planck homepage
- Andrew Jaffe: Leaves on the Line; Planck : First Results; 11 jan 2011
- Clive Dickinson: Planck Early Results: New light on Anomalous Microwave Emission from Spinning Dust Grains; arXiv:1101.2031; 11 Jan 2011
- ESA: Watch the Planck first results press conference; 11. 1. 2011
- Ivan Havlíček: Sonda Planck objevila velmi vzdálenou nadkupu galaxií; AB 36/2010
