Astronomická společnost Chomutov

                                                                               ^{další články               +}      

kosmologie

přidáno  24.04.2020

Éra reionizace

Reionizace spustila éru oddělení hmoty od energie, ve které hmota a záření, jež byly do té doby těsně propojeny, se rozpojily a hmota si mohla dělat své vlastní věci. V řídkých oblacích protohvězd odstranila poslední překážku bránící světlu v cestě vesmírem. Ale to trochu předbíhám. Takže pěkně popořádku.

V době rekombinace byly postaveny jádra vodíku a helia. Už tehdy nebyly ve vesmíru rozloženy zcela rovnoměrně, čili symetricky, ale protože byly nepatrné odchylky od symetrie, byly místa, kde byla jádra (a později celé atomy) od sebe trochu blíže a zase místa kde byly od sebe trochu dál. Tam, kde byla blíže, bylo víc hmoty pohromadě a tam působila gravitace víc. Po době temna, další milióny let (ca 100 milónu), se atomy vodíku a helia hromadily v těch místech stále víc a víc a vytvářely oblaky plynu s neustále rostoucí gravitační přitažlivostí. Víc hmoty znamená silnější gravitaci a silnější gravitace přitahuje víc hmoty. Tím se může hmota hroutit pod vlastní váhou a vytvářet první protogalaxii. Tyto protogalaxie se ovšem usilovně přetahují s rozpínáním vesmíru. To rozpínání znamená, že se zvětšuje i prostor mezi jednotlivými atomy vodíku a vesmír se pokouší roztrhat tuto protogalaxii na kusy.

Toto přetahování na pokraji gravitačního zhroucení a hvězdným zážehem by ale němělo fungovat. V těch fluktuacích se nenacházelo dost hmoty k tomu, aby proces gravitačního zhroucení začal. Pokud by byla k dispozici jen všechna hmota, která pocházela z velkého třesku, tak by trvalo v nejlepším případě miliardy let, než by se nahromadil dostatek gravitační energie, aby se mohly začít tvořit hvězdy. A v nejhorším případě by se mohlo stát, že by nebylo dost hmoty na to, aby zvítězila v kosmickém přetahování. A rozpínání vesmíru by natahovalo protogalixie a roztrhalo je dlouho předtím, než by se mohl nakupit i nejřidší obláček plynu. Dlouho se nevědělo, jak to vysvětlit. Jenže naše existence dokazuje, že gravitace zvítězila. Něco tady chybí, něco, co s gravitací navzájem působí, ale jinak je pro nás nepozorovatelné. Teprve zavedení tzv. temné hmoty vyřešilo tento nedostatek naší teorie.

Oblak promíchané normální hmoty a temné hmoty se hroutil a byl smačkaván stále rostoucí silou vlastní gravitace. Jak se oblak smršťoval, atomy vodíku získávaly energii a pohybovaly se stále rychleji a začaly narážet jeden do druhého, přičemž předávaly svoji nahromaděnou energii jako tepelnou - oblaky se začaly víc a víc zahřívat. Než ale atomy vytvořily lokální ohniska hustějšího plynu, která se postupně začala stahovat do hustějších shluků nazývaných protohvězdné mlhoviny, proběhl proces ještě dost složitým vývojem, v kterém se temná hmota oddělila od "naší" hmoty a plyn se i ochlazoval, než se definitivně ujala režie gravitace.

Protože snahou gravitace je veškerou hmotu stáhnout k jedinému těžišti, srdce protohvězdné mlhoviny houstlo čím dál víc a ohřívalo se. Vzniká cosi jako hvězdné semínko neboli protohvězda, jejíž neustále rostoucí gravitační tah nasával plynu z oblaku. Mlhovina se začala zplošťovat a pomalu se kolem protohvězdy začala otáčet. Protohvězda nabývala na hmotnosti, smršťovala se a stále více se zahřívala. A protože její nejhustší část je těžiště, je její jádro nejteplejší.

Když se teplota jádra přiblížila 2'000 C° byly atomy vodíku připraveny o své elektrony (ionizace) a plyn se přeměnil na plazmu (odpovídá podmínkám krátce po velkém třesku). Protohvězda byla dále sycena energií z gravitačního zhroucení, mohutně se zahřívala a asi při 15 miliónech °C měly protony v jádru dostatek energie, aby mohlo začít jaderné sloučení (fúze). Jakmile se dva protony spojí, vytvoří se protonový pár zvaný diproton. Jejich spojení je velmi nestabilní a brzy se oddělí. Jeden z protonů se rozpadne na neutron, čímž vznikne stabilní jádro deuteria (těžkého vodíku). Při tom se vyzáří pozitron a vysoce energetické neutrino. Bude to trvat asi sekundu, než se deuterium srazí s dalším protonem a silná síla je bez obtíží udrží pohromadě. Tím vznikne jádro helia-3 (lehkého helia). Za dalšího půl miliónu let se toto jádro srazí s jiným heliem-3 a vytvoří jádro helia jak jej známe (dva protony a dva neutrony). Při tom se uvolní dva fotony vysoce energetického záření gama a dva protony. Kromě toho se uvolní i OBROVSKÉ množství energie.

Tento odstavec může přeskočit ten, koho nezajímá teorie relativity. Odkud tato energie pochází? Když se všechny tyto protony a neutrony pospojují a vytvoří těžší jádra, ztratí trochu ze své hmotnosti - z Einsteinovy slavné rovnice E=m*c2 vyplývá, že ztracená hmotnost se přeměňuje v energii. V každé jednotlivé reakci se ztratí jen nepatrné množství hmotnosti, asi 0,7%, ale v hvězdném jádru takových reakcí probíhá tolik, že ve hvězdě o velikosti našeho slunce se přemění 600 miliónů tun vodíku na helium každou sekundu. Takže každou sekundu slunce "ztrácí" 4,3 miliónů tun hmotnosti. A ta se přeměňuje v OBROVSKÉ množství energie.

Energie ztracená jako záření gama vzájemně působí s elektrony a protony a vytvoří teplo. Všechny pozitrony se zničí s elektrony a uvolní ještě více energie. Přidá li se ke všemu kinetická energie protonů vznikajících při těchto reakcí, vyjde doopravdy hodně tepla. Neutrina vznikající jako vedlejší produkt nesou také spoustu energie. Co kdysi bývalo rozptýleným oblakem pomalu chladnoucího plynu se po zažehnutí jaderného slučování proměnilo v oslňující výheň. Atomy dokončily první část své cesty a staly se protohvězdami. A tyto první protohvězdné shluky tvořily i první protogalaxie. A co je zajímavé - svítily modře, protože ty nejvíce horké hvězdy září modře (stejně jako nejteplejší část plamene).

Vznik první hvězdy ohlašuje konec (začátek konce) doby temna a nastává éra reionizace. Ta zabere asi tak miliardu let. I když se světlo neprodralo skrz plynová oblaka hned, ale jak byl okolní plyn hvězd zahříván víc a víc, atomy vodíku neudržely své elektrony a takto ionizovaný vodík se stal pro viditelné světlo průhledný. Po tuto dobu máme ve vesmíru jen vodík a helium. Všechny ostatní prvky se "uvaří" až mnohem později ve hvězdách (lépe řečeno při jejích výbuzích). Ale o tom zase příště ... che che che