Nové, priekopnícke pozorovania s ESO Very Large Telescope (VLT) v Paranal významne podporili súčasné počítačové modely ranného vesmíru: je to špongia s galaxiami formujúcimi sa pozdĺž vlákien, ako kvapky na vláknach pavučiny.
Skupina astronómov v ESO (EUROPEAN SOUTHERN OBSERVATORY) a v Dánsku určila vzdialenosť k veľmi slabým galaxiám v susedstve vzdialených kvazarov. Zobrazením ich pozície v trojrozmernej mape zistili, že tieto objekty sú lokalizované vo vnútri úzkych vlákien presne tak, ako súčasné teórie predpokladajú vývoj prvých štruktúr v mladom vesmíre. Objekty sú najpravdepodobnejšie stavebné kamene, z ktorých sú galaxie a skupiny galaxií zostavené.
Toto pozorovanie ukázalo veľmi užitočný spôsob, ako pokročiť v štúdiu vývoja ranného vesmíru. Súčasne poskytlo dôkaz o veľkej sile novej triedy optických teleskopov pre kozmologické štúdie.
Počítače sú pred ďalekohľadmi
Za posledných dvadsať rokov sa kozmológovia dostali do trocha nezvyčajnej situácie – ich počítače sa dostali ďalej ako ďalekohľady. Rýchly vývoj výkonných počítačov a vyspelého softvéru poskytlo teoretikom schopnosť vytvoriť takmer všetko, čo si dokážu predstaviť vo virtuálnom vesmíre. Štartujúc s rôznymi počiatočnými podmienkami hneď po Veľkom Tresku, môžu sledovať na svojich superpočítačoch, ako sa fiktívne svety rozvíjajú počas miliárd rokov. Takáto simulácia na počítači môže byť otázkou jediného dňa.
To umožnilo vytvárať predpovede, ako mohol ranný vesmír vyzerať. A naopak porovnávanie počítačových modelov so skutočným svetom môže poskytnúť informácie o počiatočných podmienkach.
Bohužiaľ, ešte nedávno neboli astronomické teleskopy dostatočne výkonné a schopné priamo študovať „skutočný svet“ mladého vesmíru pomocou detailného pozorovania extrémne slabých objektov z ranného obdobia vesmíru a tým overiť predpoklady. Teraz však príchod gigantického teleskopu patriaceho do 8 – 10 metrovej triedy, zmenil situáciu a skupina astronómov využíva ESO VLT v Paranal Observatory v Chile na pozorovanie malej časti ranných kozmických štruktúr. Teleskop začal „doháňať“ počítačové simulácie.
Prvé štruktúry vo vesmíre
Všetky súčasné počítačové simulácie ranného vesmíru majú jeden spoločný predpoklad: prvé rozsiahle štruktúry formujúce sa v rannom vesmíre sú dlhé vlákna pospájané koncami v „uzloch“. Modely vyzerajú ako trojrozmerná pavučina a podobá sa neurónovej štruktúre mozgu.
Prvé galaxie, alebo skôr ich stavebné kamene, sa budú formovať vo vnútri vlákien pavučiny. Keď začnú emitovať svetlo, budú zreteľnejšie od inak neviditeľných vlákien, podobne ako korálky na šnúrke. V priebehu miliónov a miliárd rokov tieto ranné galaxie budú prúdiť pozdĺž týchto vlákien smerom k a do uzlov. To sú miesta, kde sa budú neskôr formovať skupiny galaxií. Počas tohto procesu sa štruktúra vesmíru pomaly mení. Po dominancii vlákien sa stanú najrozšírenejšími veľké skupiny galaxií, ktoré sú ešte spojené „mostami“ a „múrmi“, poslednými zvyškami najväčších pôvodných vlákien.
Spektrálna čiara Lyman-Alpha
Najnovšie pozorovania ESO VLT identifikovali rad galaxií, ktoré predstavovali pevné vlákno v rannom vesmíre. Tento priekopnícky objav bol oznámený tímom astronómov z ESO a Dánska, ktorí hľadali kompaktné zhluky vodíka v rannom vesmíre.
Vodík sa vytvoril počas Veľkého Tresku pred asi 15 miliardami rokov a je zďaleka najbežnejší prvok vo vesmíre. Keď sa vyformovali hviezdy – zmrštením veľkého, kompaktného zhluku vodíka vo vesmíre – okolité vodíkové mračno absorbovalo ultrafialové žiarenie z novozrodených hviezd a toto mračno začalo čoskoro žiariť.
Žiarenie je väčšinou emitované na jedinej vlnovej dĺžke (121,6 nm) – „Lyman-Alpha“ emisnej čiare vodíka. Táto vlnová dĺžka je v tej časti ultrafialového spektra, pre ktorú je zemská atmosféra úplne nepriehľadná. Preto sa Lyman-Alpha emisia bežne nedá pozorovať pozemnými teleskopmi. Ale ak veľmi vzdialené vodíkové mračno emituje Lyman-Alpha žiarenie, potom jeho spektrálna čiara bude mať červený posun z ultrafialovej do modrej, zelenej alebo červenej časti spektra.
Z tohto dôvodu sa pozorovania Lyman-Alpha emisie veľkými pozemnými teleskopmi môže využiť na identifikáciu slabých objektov vzniknutých vo vnútri vlákien s veľkým červeným posunom.
VLT potvrdzuje predpoklady
Už v roku 1998 získal súčasný tím astronómov obrázky z veľmi hlbokého vesmíru pomocou ESO 3,58 m New Technology Telescope (NTT) v observatóriu La Silla v Chile v časti oblohy okolo kvazaru Q 1205–30. Bol zmeraný červený posun vzdialeného objektu (z=3,04) a zodpovedá pri pohľade späť v čase okolo 85% veku vesmíru. Za predpokladu, že vesmír má 15 miliárd rokov, sledovali sme kvazar v podobe, akú mal pred 13 miliardami rokov, teda asi 2 miliardy rokov po Big Bangu.
Obrázky boli získané cez špeciálny optický filter, ktorý dovolí prejsť len úzkemu spektru svetla. Astronómovia vybrali takú vlnovú dĺžku, ktorá sa zhoduje s Lyman-Alpha emisnou čiarou posunutou o z=3,04 to znamená 490 nm v zelenej časti spektra. Lyman-Alpha žiarenie objektov tak vzdialených ako kvazary, a teda s podobným červeným posunom, prejde bez problémov cez tento optický filter. Keď tento obrázok skombinujeme s inými obrázkami hlbokého vesmíru snímanými cez filtre prepúšťajúce širšie spektrum červenej a modrej, objekty emitujúce Lyman-Alpha žiarenie s červeným posunom 3,04 sa ukážu ako malé, jasnozelené objekty, zatiaľ čo väčšina ostatných objektov v zornom poli sa javia v rôznych odtieňoch červenej, modrej a žltej.
Priestorové rozloženie galaxií
Vďaka obrovskej schopnosti VLT sústreďovať svetlo a výbornému multi-modálnemu nástroju FORS1 na 8,2 metrovom ANTU teleskope, môžu byť odmerané presné červené posuny spektier ôsmych slabých Lyman-Alpha objektov, ktoré boli získané v marci 2000, a tým určiť ich vzdialenosť. Ak sa dve súradnice pozície na oblohe skombinovali s nameraným červeným posunom v trojrozmernej mape, astronómovia objavili, že všetky objekty ležia vo vnútri tenkého, jasne definovaného vlákna.
Nadšený Palle Müller povedal za celú skupinu: „Na začiatku sme mali malú pochybnosť, či vidíme malé kozmické vlákno ranného vesmíru. V tejto obrovskej vzdialenosti a adekvátneho časového odstupu, tu vidíme vesmír vo veku asi 2 miliárd rokov. To je zjavne v zhode s počítačovými modelmi pavučinovej štruktúry, čo dodáva ďalšiu silnú oporu nášmu súčasnému obrazu vývoja ranného vesmíru, v ktorom žijeme.“
Dôsledky tohto objavu
Zmenia tieto pozorovania náš pohľad na ranný vesmír? Nie, práve naopak, to potvrdilo predpovede počítačových modelov o tom, ako sa kozmické štruktúry formovali v prvých dňoch po Big Bangu.
Najdôležitejšia zložka kozmologických modelov je temná hmota, o ktorej sa predpokladá, že prestavuje až 95% všetkej hmoty vo vesmíre. Potvrdenie predpovedaných modelov teda tiež nepriamo potvrdzuje, že je to tmavá hmota, ktorá kontroluje formovanie štruktúr vo vesmíre.
Ale ešte máme ďaleko k tomu, aby sme mohli detailne porovnať počítačové modely s pozorovaniami. Pri otázke čo pokladajú za najdôležitejší výsledok vo svojich pozorovaniach, tím odpovedal: „Ukázali sme, že teraz máme pozorovaciu metódu, s ktorou môžeme študovať kozmickú pavučinu v rannom vesmíre a VLT je skvelý nástroj pre takéto štúdie.“   Calibre