Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze Číslo 38 (vyšlo 28. září), ročník 5 (2007) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

38/2007

Joint Dark Energy Mission

David Břeň

O temné energii již byla napsána řada článků nejen v Aldebaran bulletinu (AB 2004/33). Jde o energii, která má být zodpovědná za pozorovanou zrychlující se expanzi vesmíru. Objevují se ale teorie, které tuto expanzi vysvětlují i jinými způsoby, například modifikací gravitačního zákona. Otázka existence temné energie je otevřená a velmi aktuální.

Rada NRCNRC – National Research Council, Národní výzkumná rada. Součást Národní akademie věd USA, založena byla v roce 1916. Hlavním cílem je určování základních směrů vědeckého výzkumu a vydávání doporučení vládě USA. doporučila, aby se mise JDEMJDEM – Joint Dark Energy Mission. Společný projekt NASA a Ministerstva energetiky USA pro výzkum temné energie., zaměřená na studium temné energieTemná energie – entita zodpovědná za zrychlenou expanzi Vesmíru, která byla objevena na konci roku 1998 (Saul Perlmutter, Adam Riess). Temná energie tvoří 73 % hmoty a energie ve Vesmíru. Hustota temné energie je velmi málo proměnná v čase i v prostoru, pokud vůbec. Nejnadějnějším kandidátem na temnou energii je energie vakua., stala prioritou programu Beyond EinsteinBeyond Einstein – program NASA zaměřený na výzkum a experimentální ověření důsledků Einsteinovy obecné teorie relativity v extrémních podmínkách pozorovatelného vesmíru. Program počítá s vysláním několika vysoce citlivých kosmických sond. Ve vývoji jsou dvě velké „vlajkové lodě“ tohoto projektu: Constellation-X (extrémně citlivá sonda k detekci rentgenového záření) a LISA (Laser Interferometer Space Antenna, trojice sond zaměřená na detekci gravitačních vln). Dále projekt počítá s vysláním malých sond určených k odhalení vlastností temné energie (JDEM), k hledání černých děr a k pozorování důsledků existence inflační fáze vesmíru.. Zpráva je to velice pozitivní, protože projekt nabral jisté zpoždění díky finančním škrtům. JDEM se tak stane první postavenou a vypuštěnou sondou programu Beyond Einstein.

V říjnu 2006 iniciovala NASANASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen v roce 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. studii tří konceptů mise JDEMJDEM – Joint Dark Energy Mission. Společný projekt NASA a Ministerstva energetiky USA pro výzkum temné energie.: SNAP (SuperNova/Acceleration Probe), ADEPT (Advanced Dark Energy Physics Telescope) a DESTINY (Dark Energy Space Telescope). Projekty sond byly již dříve rozpracované třemi různými skupinami vědců. Všechny ale měly jedno společné: pozorování . Supernovy tohoto typu jsou ideálním prostředkem, jak získat informace o expanzi vesmíru a jejích změnách v čase. Pokud v nějaké galaxiiGalaxie – kompaktní seskupení hvězd, hvězdných asociací, otevřených a kulových hvězdokup, mezihvězdné látky a temné hmoty. Galaxie se liší svou strukturou (spirální, eliptické, nepravidelné,…), vyzařovaným výkonem (neaktivní, aktivní, rádiové, Seyfertovy,…) a zejména svojí hmotností. Hmotnost je udávána v miliardách až stovkách miliard hmotností Slunce. Galaxie jsou obvykle součástmi vyšších celků, jako jsou kupy, nadkupy, vlákna a stěny. dojde k výbuchu supernovy typu Ia, můžeme z jasnosti supernovy snadno určit vzdálenost této galaxie. Z posuvu čar ve spektru galaxie poté určíme rychlost jejího vzdalování. Jestliže postup opakujeme pro mnoho galaxií, dozvíme se, jak rychle expanduje vesmír v různých vzdálenostech od nás. Čím vzdálenější galaxii pozorujeme, tím více se díváme do minulosti vesmíru.

SNAP

Jedním ze tří konkurenčních projektů JDEMJDEM – Joint Dark Energy Mission. Společný projekt NASA a Ministerstva energetiky USA pro výzkum temné energie. je sonda SNAPSNAP – SuperNova/Acceleration Probe. Projekt sondy NASA, která by za pomoci supernov typu Ia měla zkoumat expanzi vesmíru. Uvažuje se o dalekohledu 1,8 m velikém. vyvíjená v laboratoři LBNLLBNL – Lawrence Berkeley National Laboratory. Jedna z nejproslulejších světových laboratoří založená v roce 1931 Ernestem Orlando Lawrencem, nositelem Nobelovy ceny za fyziku pro rok 1939 za vynález cyklotronu. Laboratoř je řízena Kalifornskou univerzitou a dodnes v ní pracovalo 11 nositelů Nobelovy ceny.. Vývoj této sondy řídí Saul Perlmutter, vedoucí jedné ze dvou skupin, které v roce 1998 rozpoznaly zrychlené rozpínání vesmíru. Obě skupiny byly za svůj objev oceněny v roce 2007 Gruberovou cenou za kosmologii.

Pokud bude vybrána tato sonda, bude používat téměř dvoumetrový dalekohled (1,8 m) schopný detekovat záření nejen v optickém, ale i v infračerveném oboru spektra. Bude mít také CCDCCD – Charge Coupled Device, zařízení s nábojovou vazbou, umožňuje převést paralelní analogový signál (elektrický náboj kumulovaný v potenciálových jámách) na sériový signál, daný časovou posloupností proudových pulzů úměrných kumulovanému náboji. Při serializaci paralelní informace CCD funguje jako posuvný registr, který umožňuje postupné posouvání náboje změnou potenciálového profilu řízenou hodinovým signálem. (Přesun náboje si lze přestavit podobně jako řetěz lidí předávajících si při požáru na povel různě naplněná vědra s vodou. S každým povelem se konkrétní vědro posune o krok blíže k požáru. Časový průběh proudu vody vylitého do ohně odráží prostorové rozložení objemů vody ve vědrech.) Potenciálové jámy mohou být umístěny vedle sebe pouze v jediné řadě (lineární CCD) nebo ve více řadách (plošné CCD). Nejznámějšími CCD jsou fotoelektrické snímače, kdy se rozložení náboje vytváří vnitřním fotoefektem. Mohou však sloužit i jako paměťové prvky (například jako odkládací paměť pro výše zmíněné fotoelektrické snímače). V zobrazovacích zařízeních jsou nejmenší rozměry jednoho CCD pixelu 9×9 mikrometrů a plošné senzory jsou tvořeny maticí až 5120×5120 pixelů velkou. Chlazené CCD senzory pracují se šumem odpovídajícím 4 až 7 elektronům. (Údaje z roku 2008.) detektor s půl miliardou pixelů. Sonda je navržena ke studiu temné energieTemná energie – entita zodpovědná za zrychlenou expanzi Vesmíru, která byla objevena na konci roku 1998 (Saul Perlmutter, Adam Riess). Temná energie tvoří 73 % hmoty a energie ve Vesmíru. Hustota temné energie je velmi málo proměnná v čase i v prostoru, pokud vůbec. Nejnadějnějším kandidátem na temnou energii je energie vakua.. Ročně zaznamená vzdálenosti a červený posun ve spektrech více než 2 000 a současně určí jejich polohu na obloze s mimořádným rozlišením. Toto obrovské množství dat povede k detailnímu prozkoumání expanze vesmíru v současnosti i v minulosti. Z naměřených údajů bychom měli rozpoznat vlastnosti temné energie ve vesmíru. Pro zpřesnění měření bude SNAP provádět i výzkum gravitačních čočekGravitační čočka – efekt gravitační čočky předpověděl A. Einstein v roce 1936. Hmotný objekt (zpravidla velká galaxie) ležící mezi zdrojem záření a pozorovatelem zakřivuje světelné paprsky podobně jako skleněná čočka v laboratoři. Jsou-li objekty dokonale na přímce, vznikne jako obraz vzdálené galaxie tzv. Einsteinův prstenec. Jsou-li objekty mírně vyosené, vznikne buď oblouk nebo několikanásobný obraz vzdálené galaxie či kvazaru., jevu, který předpověděl Albert Einstein v obecné teorii relativityObecná relativita – teorie gravitace publikovaná Albertem Einsteinem v roce 1916. Její základní myšlenkou je tvrzení, že každé těleso svojí přítomností zakřivuje prostor a čas ve svém okolí. Ostatní tělesa se v tomto pokřiveném světě pohybují po nejrovnějších možných drahách, tzv. geodetikách.. Sonda SNAP prozkoumá plochu 2 000 000 krát větší, než byla plocha slavného snímku HDF IHDF I – Hubble Deep Field I. První ze série podrobných snímků malé části oblohy. Byl složen z 342 různých snímků pořízených HST v průběhu deseti dnů (18 až 28. 12. 1995 ) v souhvězdí Velké Medvědice. Doba expozice byla 15 až 40 minut. Snímky byly fotografovány v různých oborech spektra. Zobrazený výsek oblohy odpovídá velikostí malému penízku sledovanému ze vzdálenosti 25 m. Na snímcích bylo nalezeno 1 500 galaxií v různých stupních vývoje.. Vzniklá mapa zaznamená zdánlivé změny poloh vzdálených galaxií, od kterých je světelný paprsek na cestě k nám zakřiven vlivem gravitačního pole objektů ležících mezi zdrojem a pozorovatelem. Přesným měřením těchto zakřivení sonda umožní rozeznat i rozložení temné hmotyTemná hmota – hmota ve Vesmíru nebaryonové povahy, která není složena z kvarků. Temná hmota udržuje pohromadě svítící objekty velkých rozměrů, které díky ní v periferních oblastech obíhají rychleji, než odpovídá gravitačnímu zákonu aplikovanému na viditelnou hmotu. Tvoří několikanásobek hmotnosti baryonové látky galaxií a 23 % hmoty a energie ve Vesmíru. Existuje několik hypotetických částic, které jsou vhodnými kandidáty na částice temné hmoty, dosud však nebyly objeveny. Termín „temná hmota“ zavedl v roce 1933 Fritz Zwicky, když zjistil, že se členové Kupy galaxií ve Vlasech Bereniky pohybují v průměru rychleji, než by odpovídalo gravitačním účinkům viditelné látky. a temné energieTemná energie – entita zodpovědná za zrychlenou expanzi Vesmíru, která byla objevena na konci roku 1998 (Saul Perlmutter, Adam Riess). Temná energie tvoří 73 % hmoty a energie ve Vesmíru. Hustota temné energie je velmi málo proměnná v čase i v prostoru, pokud vůbec. Nejnadějnějším kandidátem na temnou energii je energie vakua. v prostoru.

ADEPT

Dalším ze soutěžních projektů je sonda ADEPTADEPT – Advanced Dark Energy Physics Telescope. Projekt sondy NASA, která by za pomoci supernov typu Ia měla zkoumat expanzi vesmíru. Uvažuje se o dalekohledu 1,1 m velikém.. Příprava sondy je řízena Charlesem Bennettem z Univerzity Johnse Hopkinse v Baltimore, Marylandu. Jestliže bude vypuštěna tato sonda, bude mít 1,1 metrový dalekohled pracující v blízké infračervené oblasti. Měl by zaznamenat cca 1 000 ze 100 milionů galaxiíGalaxie – kompaktní seskupení hvězd, hvězdných asociací, otevřených a kulových hvězdokup, mezihvězdné látky a temné hmoty. Galaxie se liší svou strukturou (spirální, eliptické, nepravidelné,…), vyzařovaným výkonem (neaktivní, aktivní, rádiové, Seyfertovy,…) a zejména svojí hmotností. Hmotnost je udávána v miliardách až stovkách miliard hmotností Slunce. Galaxie jsou obvykle součástmi vyšších celků, jako jsou kupy, nadkupy, vlákna a stěny.. Jedním z cílů mise bude také dosud nejpřesnější zmapování rozmístění galaxií na velkorozměrových škálách. Výsledek tohoto měření pak bude srovnán s teplotními fluktuacemi reliktního zářeníReliktní záření – záření, které se od látky oddělilo přibližně 400 000 let po vzniku vesmíru, tedy v době, kdy se vytvářely atomární obaly prvků a končilo plazmatické období vesmíru. Počáteční horkou (plazmatickou) fázi existence Vesmíru nazýváme Velký třesk a reliktní záření tedy pochází z období konce Velkého třesku. Dnes má teplotu 2,73 K a vlnovou délku v milimetrové oblasti. Je jedním ze základních zdrojů informací pro naše poznání raného vesmíru. V anglické literatuře se označuje zkratkou CMB (Cosmic Microwave Backgroud, mikrovlnné záření pozadí)., což by mělo vést k dalšímu poznání toho, jak se gravitačně formovala hmota do galaxií, kup a nadkup galaxií v ranných fázích vývoje vesmíru a tedy k poznání rozložení hmoty v současném vesmíru. Tyto výsledky pak povedou k určení vlivu temné energie na podobu vesmíru.

DESTINY

Třetím z projektů je sonda DESTINYDESTINY – Dark Energy Space Telescope. Projekt sondy NASA, která by za pomoci supernov typu Ia měla zkoumat expanzi vesmíru. Uvažuje se o dalekohledu 1,65 m velikém.. Příprava byla svěřena Todu Laueremu z Národní optické Astronomické observatoře v Tusconu v Arizoně. Jestliže bude vypuštěna tato sonda, bude mít dalekohled o průměru 1,65 m pracujícím v blízké infračervené oblasti. Sonda by během primární dvouleté mise měla zaznamenat více než 3 000 supernov typu Ia. Poté bude následovat roční snímkování oblohy, které zahrne 1 000 čtverečních stupňů a které zaznamená, jak se vyvíjelo rozložení hmoty ve vesmíru od Velkého třesku až do současnosti. Tato měření by měla být až desetkrát citlivější než obdobná dosavadní měření prováděná ze ZeměZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru.. Sonda by obíhala SlunceSlunce – nám nejbližší hvězda, tzv. hvězda hlavní posloupnosti, která se nachází ve vzdálenosti 149,6×10⁶ km od Země. Jde o žhavou plazmatickou kouli s průměrem 1,392×10⁶ km, teplotou na povrchu 5 780 K, teplotou v centru přibližně 15×10⁶ K a zářivým výkonem 3,846×10²⁶ W. Zdrojem energie je jaderná syntéza, při které se za každou sekundu sloučí v jádru Slunce 700 milionů tun vodíku na hélium. v druhém Lagrangeově boděLagrangeovy body – pět bodů v sousedství dvou obíhajících hmotných těles, ve kterých je gravitační a odstředivá síla vyrovnána. Polohu těchto bodů poprvé vypočítal italsko-francouzský matematik Joseph-Louse Lagrange. Velmi výhodné je například umístění sondy do Lagrangeova bodu L2 soustavy Země-Slunce, který je vzdálený od Země 1 500 000 km ve směru od Slunce (WMAP, Planck, Herschel, TPF)..

Možné alternativy vývoje vesmíru. Vše závisí na množství a chování temné energie.

Protože nyní již rada NRCNRC – National Research Council, Národní výzkumná rada. Součást Národní akademie věd USA, založena byla v roce 1916. Hlavním cílem je určování základních směrů vědeckého výzkumu a vydávání doporučení vládě USA. doporučila, aby se v rámci programu Beyond EinsteinBeyond Einstein – program NASA zaměřený na výzkum a experimentální ověření důsledků Einsteinovy obecné teorie relativity v extrémních podmínkách pozorovatelného vesmíru. Program počítá s vysláním několika vysoce citlivých kosmických sond. Ve vývoji jsou dvě velké „vlajkové lodě“ tohoto projektu: Constellation-X (extrémně citlivá sonda k detekci rentgenového záření) a LISA (Laser Interferometer Space Antenna, trojice sond zaměřená na detekci gravitačních vln). Dále projekt počítá s vysláním malých sond určených k odhalení vlastností temné energie (JDEM), k hledání černých děr a k pozorování důsledků existence inflační fáze vesmíru. jako první realizovala sonda JDEMJDEM – Joint Dark Energy Mission. Společný projekt NASA a Ministerstva energetiky USA pro výzkum temné energie., budou muset NASANASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen v roce 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. a DOEDOE – Department of Energy. Ministerstvo energetiky Spojených států. brzy rozhodnout, který z těchto tří projektů vyberou, a určit konkrétní harmonogram vlastní realizace. Nám zbývá se těšit na unikátní výsledky sledování temné energie a tiše závidět průhlednosti soutěží v USA rozdělujících finance na vědecké projekty.

Klip týdne: Zrychlená expanze

Zrychlená expanze. Na klipu si prohlédněte dvojrozměrný model expanze vesmíru. Velký třesk je zobrazen jako světelný záblesk následovaný rychlou expanzí vesmíru. Gravitační přitahování látky ve vesmíru expanzi zpomaluje. Po určité době začne převládat odpudivá síla způsobená přítomností temné energie. Vesmír se začíná rozpínat zrychlenou expanzí, která byla objevena v roce 1998 na základě proměřování spekter supernov typu Ia. Další vývoj vesmíru závisí na množství a vlastnostech temné energie. Experimentálně se zdá být vyloučené Velké rozervání, při kterém by se desintegrovaly nakonec i jednotlivé atomy. Zrychlená expanze může pokračovat až do celkového vychladnutí vesmíru a nebo být naopak zastavena a vesmír může v budoucnosti skončit Velkým křachem. Obě možnosti jsou otevřené a odpověď na budoucnost vesmíru může dát až pečlivé studium vlastností temné energie. (mpg, 2 MB). Zdroj: Chandra.

Odkazy

Fórum – diskuze k tomuto bulletinu