Vesmír: Mlhoviny — Česká televize

Jsou rozptýleny všude mezi hvězdami a patří mezi nejúchvatnější vesmírné jevy. Americký dokumentární cyklus

Litujeme, ale video není dostupné

Litujeme, ale video není dostupné

Jsou chaotické a dech beroucí. Jejich krása vzniká z prázdnoty vesmíru. Mlhoviny jsou v galaxii vším, čím nejsou hvězdy. Chomáče hmoty, někdy se spojující, jindy rozdělující. Tenounké závoje vznášející se hmoty, některé temné, jiné zářící oslnivými barvami, mnohé získaly tvary, které jsou nám tak nějak povědomé. Lidé v mlhovinách vidí nejrůznější útvary. Nejsou to ani hvězdy, ani planety. Ukážeme vám úžasnou podívanou koloběhu tvoření v mlhovinách – zrození a smrti hvězd.

Lidské projekce a vesmírné atrakce

Je to jeden z nejznámějších snímků, které kdy byly pořízeny. Hubbleova kosmická observatoř zaznamenala Sloupy stvoření – mohutné sloupy prachu a plynu dlouhé sedm světelných roků. Ačkoli jsou samy o sobě obrovské, jsou jen malou částí rozsáhlých hvězdných jeslí vzdálených 6500 světelných let od Země, které nesou název Orlí mlhovina. Mlhoviny všech druhů jsou rozptýleny všude mezi hvězdami a patří mezi nejnádhernější jevy v naší i ostatních galaxiích.

Mlhoviny jsou oblaka mezihvězdného plynu a prachu, které jsou jen zřídka viditelné pouhým okem. Jejich krásu nám odhalily pozemské a poté i kosmické dalekohledy a moderní zobrazovací metody. Některé září, jiné odrážejí anebo stíní světlo hvězdy ve své blízkosti. Jsou to oblasti, kde se hvězdy rodí a umírají a kde exploze zdeformovaly jemnou strukturu časoprostoru. Mlhoviny mají fantastické tvary podobně jako mraky na obloze během letního dne. Často vyvolávají představy známých věcí: obrazy květin, obrazy hmyzu, obrazy lidí. Lidé v mlhovinách vidí nejrůznější útvary. Podobně jako v Rorschachově testu.

Mlhoviny nesou označení z astronomických katalogů, mnohé z nich však mají i jméno inspirované jejich polohou či tvarem. Není například těžké pochopit, proč se nějaká jmenuje Motýlí mlhovina nebo proč je jiná známa jako Koňská hlava. A výčet může pokračovat: Mlhovina v Orionu, mlhovina Hlava přízraku, mlhovina Rejnok, mlhovina Závitnice, mlhovina Kočičí oko, mlhovina Severní Amerika, nebo mlhovina Pelikán. Jejich úžasné tvary z nich dělají „turistické atrakce“ naší galaxie. Kdybyste naložili rodinu do létajícího talíře a hledali v Mléčné dráze zajímavosti, zamířili byste k mlhovinám. Podobně jako turistické zajímavosti zde na Zemi i vzdálené mlhoviny nás lákají k bližšímu pohledu.

Mezi největší zajímavosti noční oblohy patří Velká mlhovina v Orionu. Je to jedna z mála mlhovin, kterou můžete spatřit pouhým okem. Za jasné noci se jeví jako rozmazaná hvězda v meči Orionu, které je jedno z nejzřetelnějších souhvězdí na obloze. Mlhovina v Orionu je nejaktivnější oblastí tvorby hvězd v naší galaxii. Je výrazná jako žádná jiná, proto je Velká. Mezi mlhovinami je to něco jako nápis Hollywood. Jeden důvod, proč se turisté chtějí dostat blízko ke slavným monumentům, je stejný jako touha astronomů po blízkém pohledu na mlhoviny. Všichni chtějí získat snímky. Turista, ať už pozemský, nebo kosmický chce hlavně zajímavý snímek. Fotografie mlhovin patří do velmi zvláštní kategorie, protože jsou vrcholným spojením vědy a umění.

Lov mlhovin

Dobré snímky mlhoviny nezískáte, že jen namíříte a stisknete spoušť. V horách severně od San Diega musí skupina amatérských astronomů absolvovat zvláště obtížnou cestu, aby mohla pátrat po mlhovinách a získat vynikající obrázky. Třebaže jejich výbava je složitá, tito nadšenci nepořizují obrázky. To správné slovo je „snímkování“. A jejich oblíbeným cílem jsou mlhoviny. Stačí jen se na ně dívat a představovat si, co se v těchto plynných oblacích odehrává, vidět místa, kde se rodí hvězdy. Je to jakýsi druh smyslového zážitku. Kromě přenosných dalekohledů vybudovala skupina také komplex stálých observatoří. V budově, kde je instalován velký padesáticentimetrový dalekohled, je k okuláru připevněna speciální astronomická kamera. I s tímto vybavením je snímkování mlhoviny v Orionu složité, protože má vedle velmi jasných oblastí také oblasti hodně tmavé. Digitální kamery užívané současnými astrofotografy napodobují barevné vidění lidského oka. Na sítnici jsou tři druhy světločivných buněk, jež jsou citlivé na modré, zelené nebo červené světlo. Proto jsou tyto barvy považovány za hlavní barvy světla. Ale sítnicí astronomických kamer je počítačový čip, který je citlivý pouze na černou a bílou. Proto se pro barevné fotografie používá červený, zelený a modrý filtr. S každým se pořídí jeden snímek. Tato technika se často nazývá RGB a je to standardní technika pro získání více přirozených barev. K zachycení mlhoviny v Orionu je třeba přes každý ze tří filtrů pořídit snímek s pětiminutovou expozicí. Ale mlhoviny jsou tak slabé, že často potřebuje desítky expozic s celkovým časem dosahujícím až 14 hodin.

Astrofotografie může být docela nudná, protože je časově velmi náročná. Kamera sleduje oblohu a vy jen sedíte a čekáte. Nezpracované snímky se uloží do počítače. V něm, podobně jako v barevné televizi, různé kombinace červených, modrých a zelených teček vytvoří jakoukoli barvu spektra. Několik hodin po prvním otevření závěrky se mlhovina v Orionu objeví na obrazovce ve svých přirozených barvách. Žádné lidské oko není tak citlivé, aby ji takto vidělo. Okouzlující snímky této a jiných mlhovin ukazují hlavní důvod, proč je v případě mlhovin astrofotografie nepostradatelná. Kombinace dalekohledu a kamery umožňuje astrofotografům zachytit ve struktuře mlhoviny detaily, které bychom okem neviděli, protože jsou příliš slabé a nejasné.

Líheň nových hvězd

Velká mlhovina v Orionu je ohromný oblak o průměru 15 světelných roků tvořený převážně vodíkem. Je to typický příklad mlhoviny jako oblasti tvořících se hvězd. Taková je kolébka většiny hvězd, které se tvoří v naší galaxii a zároveň je to nám nejbližší ukázka tohoto procesu. Takže když pozorujete Velkou mlhovinu v Orionu, vidíte rodící se hvězdy. Mezi stovkami nově vzniklých hvězd v mlhovině v Orionu jsou čtyři dominantní. Jsou v rozích hvězdokupy, které se pro její tvar říká Trapez neboli Lichoběžník. Jsou to mladé, hmotné a horké hvězdy, které vytvářejí úžasnou astronomickou podívanou. Právě hvězdy Trapezu ve středu mlhoviny v Orionu ji prosvěcují a dělají z ní mlhovinu. Kdyby zde tyto hvězdy nebyly, byl by to temný oblak. Záření hvězd Trapezu dává tvar okolnímu oblaku plynu a způsobuje, že jej vidíme.

Jaké by to bylo prolétnout mlhovinou v Orionu v kosmické lodi? Cestou do obrovského oblaku bychom viděli čtyři jasné hvězdy Trapezu, jejichž prostorové uspořádání je jasně patrné. Jejich intenzivní záření vymetlo střed mlhoviny. Hvězdy Trapezu jsou tak jasné, že by nám přezářily zbytek mlhoviny, pokud by obraz počítačové simulace nebyl upraven tak, aby ukázal všechny detaily. Tmavé kapičky rozptýlené v okolí jsou proplydy, neboli protoplanetární disky. Jsou to prachové závoje obklopující nově zrozené hvězdy, které jsou mocným hvězdným větrem Trapezu vyfoukány do tvaru slzy. Jeden z nich ukazuje zřetelně prstenec trosek obíhající centrální hvězdu – jasný důkaz, že se zde rodí planetární systém. Na zpáteční cestě bychom viděli mlhovinu pod úhlem, pod kterým ji pozorujeme ze Země. Ve vzdálenosti 1300 světelných let je to jen malá šmouha. Představme si, jak by mohla vypadat ze vzdálenosti pouhých čtyř světelných roků – tedy vzdálenosti k nejbližší hvězdě. Kdybychom byli tak blízko mlhovině v Orionu, jako jsme k nám nejbližší hvězdě, byla by mlhovina tak jasná, že bychom nespatřili tmavou oblohu. Neviděli bychom ostatní hvězdy ani jiné galaxie. Byla by jednoduše příliš jasná. Celý náš svět by byl tvořen mlhovinou v Orionu a Sluncem. Naštěstí žijeme v takové části galaxie, kde naše dalekohledy a kamery mohou pročesávat oblohu a hledat klenoty, který říkáme mlhoviny.

Typologie mlhovin

Rozlišujeme pět hlavních druhů mlhovin. Oblasti tvořících se hvězd jako je mlhovina v Orionu se nazývají H-2 oblasti. H-2 je řídký vodík, který je excitovaný horkými hvězdami, a proto září. Další jsou reflexní mlhoviny. Jasné hvězdy z nich odfoukly mezihvězdný plyn a zůstal zde převážně prach, který odráží záření hvězd. Planetární mlhoviny vznikají během pomalého zániku obyčejných hvězd a vytvářejí některé z nejzajímavějších tvarů a barev v galaxii. Pozůstatky supernov jsou rovněž zbytky zániku hvězd, ale mohutných hvězd, které skončily svůj život obrovskou explozí. A nakonec temné mlhoviny, oblaky mezihvězdného plynu a prachu obvykle viditelné díky tomu, že se promítají na pozadí jasných mlhovin za nimi. Jednou v nich začnou vznikat nové hvězdy. Ale nejvíce zajímavý je sám původ galaktických oblaků hvězd, plynu a prachu – mlhovin, upředených z tajemného „mezihvězdného materiálu“. Jak vlastně mohou vznikat z něčeho, co je téměř ničím?

Mezihvězdný materiál

Ve vesmíru a jeho nesmírné prázdnotě je toho mnohem víc než zachytí lidské oko. Prostor mezi Sluncem a všemi jeho galaktickými sousedkami je vyplněn neutrálním mezihvězdným prostředím. Když přemýšlíme o temnotách mezi hvězdami, někdy si myslíme, že zde není nic jiného než vakuum, ale ve skutečnosti je prázdnota vesmíru vyplněna prachem a plynem. Je dost řídký. Možná řidší než nejlepší vakuum, které umíme vytvořit na planetě Zemi. Částicemi mezihvězdného prostředí jsou z 90 procent atomy vodíku, z 10 procent hélium a stopové množství ostatních prvků a nepatrných zrnek prachu. Přítomnost plynu a prachu dokazuje pohled na Mléčnou dráhu – na pás hvězd naší mateřské galaxie, který vidíme při pohledu ze Země. Tmavá místa se zdají být prázdná, ale opak je pravdou. I v těchto oblastech jsou hvězdy. Jenže mezi námi a vzdálenými hvězdami v disku naší galaxie je zde oblak prachu, který blokuje světlo. A my vidíme jeho obrysy.

Černé pásy plynu a prachu nám ukazují, kde se mezihvězdný materiál shlukl a vytvořil mlhoviny v jejich nejpůvodnější podobě. Tyto tmavé mlhoviny vidíme jako stíny na pozadí hvězd. Hadí mlhovina je vzdálena 650 světelných let a má průměr tři světelné roky. Ještě tmavší je Barnard 68 pojmenovaná po astronomovi Edwardu Emersonu Barnardovi, který ji objevil. Přestože tyto mlhoviny dokáží zastínit světlo hvězd, jsou plyny a prach, které je tvoří, stále velmi řídké. Tento stav trvá, než začne působit gravitace. Gravitace je přitažlivost. Jejím účinkem jsou částice plynu, bez ohledu na to, jak je řídký, vzájemně přitahovány, dokud nevzniknou shluky materiálu zhuštěné do hvězdy. Jak gravitace plyn stlačuje, ohřívá jej, až dosáhne teploty hvězdy. Nové hvězdy začnou zářit a osvětlí své okolí. Zbytek temné mlhoviny vyniká jasným kontrastem. Podobně jako v případě svítících mlhovin pojmenování naznačuje jejich tvar. Mlhovina Sloní chobot, Kuželová mlhovina nebo Plamenná mlhovina.

Zářivé barvy oblastí tvořících se hvězd pocházejí z plynů mlhoviny excitovaných neviditelným ultrafialovým zářením blízkých horkých, nových hvězd. Světlo, ultrafialové záření těchto hvězd, odtrhává elektrony plynu v nejbližším okolí. Tyto elektrony se dny i týdny pohybují prostorem, až konečně naleznou samostatný proton nebo jiné kladně nabité jádro, spojí se s ním a přitom vyzáří světlo. Astronom Adam Frank z univerzity v Rochesteru srovnává excitaci plynů v mlhovině s utkáním v basketbalu. Basketbal je opravdu pěknou pozemskou analogií dění v mlhovině. Hráči jsou jako hvězdy ve středu mlhoviny. Když se na ploše odehraje něco vzrušujícího, diváci vstávají, reagují, vyzařují energii. V tomto případě je to energie zvuku, ale v případě mlhoviny to je světlo. Přesně to samé se stane, když je elektron odtržen od atomu, poletuje chvíli prostorem a pak nalezne jiný atom, znovu se s ním spojí a zároveň vyzáří energii. Když se v prachoplynných mlhovinách rodí nové hvězdy, tlak v systému způsobuje výtrysky plynu. Výtrysky pomáhají hvězdě při snižování rychlosti rotace, a tím jí umožní přitahovat si další materiál z obklopujícího akrečního disku. Kolem mladé hvězdy nejdříve vzniká akreční disk, ve kterém je vždy také magnetické pole. Jak disk rotuje, materiál se nabaluje na jeho siločáry, rotuje s nimi a poté je odvržen do vesmíru. Siločáry se nakonec soustředí kolem výtrysku a vytvoří krásný, masivní sloupec materiálu. Společně s těmito hvězdnými výtrysky vytvářejí galaktické mlhoviny i širokou škálu bublin, rázových vln, pilířů a dokonce „hor“.

Hory stvoření je to mlhovina, která je často srovnávána se slavnými Sloupy stvoření, ale je desetkrát větší. Ačkoli má průměr 70 světelných roků, na snímku pořízeném ve viditelném světle je sotva patrná. Když se však podíváme na snímek pořízený Spitzerovým kosmickým teleskopem, který zaznamenává infračervené světlo, vidíme něco zcela jiného. Infračervené světlo má poněkud delší vlnovou délkou než viditelné. Je červenější než červené světlo. Vyzařují je objekty, které jsou teplé, ale ne extrémně horké. Protože infračervené záření vydává vše, co je teplé, je často používané pro detekci tepla. Specializované kamery detekují každou teplotu jako infračervenou barvu, kterou nemůžeme vidět, a převedou ji na viditelnou barvu, kterou vidět můžeme.

Co mohlo prach tak ohřát? Hvězdy v mlhovině? Ne, ty nejsou ještě dostatečně horké. Ale mohla by to být exploze supernovy. Supernova může vytvořit ohromnou rázovou vlnu, která by mohla mít nesmírný vliv, protože Orlí mlhovina je domovem Sloupů stvoření. Pro Sloupy to není moc dobrá vyhlídka, protože rázová vlna supernovy, která se z ní po explozi šíří, dříve nebo později tyto Sloupy zasáhne. A až se tak stane, začne je odpařovat a postupně je zničí, přičemž tam zanechá hvězdy, jež se v současnosti uvnitř Sloupů tvoří. Ale všechen ten plyn a prach a tyto krásné sloupům podobné tvary prostě zmizí.

Elektromagnetické spektrum

Infračervené záření je jen jeden z oborů elektromagnetického spektra, což je rozsáhlá škála, která se používá k měření vlnových délek všech typů záření. Na jednom konci jsou rádiové vlny s nejdelší vlnovou délkou. Na opačném konci je záření gama s nejkratší. Mezi nimi jsou ostatní pásy zahrnující viditelné světlo, jež je tak nepatrnou částí celého spektra, že je obtížné si to vůbec představit. Jak úzké tedy viditelné spektrum je? Vezmete-li filmový kotouč představující celé elektromagnetické spektrum roztažený na vzdálenost 4000 km z Kalifornie na Aljašku, pak část obsahující viditelné spektrum bude někde uprostřed – blízko Washingtonské univerzity. Ale je to významná část spektra, protože hvězdy vydávají téměř veškeré své světlo právě v této části spektra. Dokonce, i když je světlo „viditelné“, stále obsahuje skryté nástroje, jež pomáhají zkoumat mlhoviny způsoby, které naše oči samy o sobě nedokážou. Tajemství je ve spektrech samotných. Viditelné světlo lampy pochází z elektricky excitovaného vodíku, jenž vytváří zářící plazma. Je to podobné tomu, co se děje v mlhovině. S použitím difrakční mřížky můžeme světlo rozložit na tři úzké čáry ve spektru – které jsou pro vodík jedinečné. Ve spektru můžete vidět tři znaky. Jeden z nich je červený, jeden světle modrý a poslední tmavě modrý. Tento vzorek vlnových délek je zcela specifický pro vodík, a proto není možné zaměnit vodík ve spektru mlhoviny s jiným prvkem. Je to jako obecenstvo na utkání v basketbalu. Dav je tvořen jednotlivými fanoušky. Každý má vlastní odlišný hlas, který byste mohli rozlišit, kdybyste znali způsob, jak jej oddělit od ostatních. Vymezení jednotlivých spektrálních čar prvků v mlhovinách umožnilo astronomům vytvořit snímky opravdu hodné těchto turistických atrakcí galaxie.

Astronomové s využitím takzvaných „úzkopásmových“ filtrů, odpovídajících jediné čáře, poskytli další možnost, jak spatřit to, co bychom sami vidět nemohli. Když Hubbleův dalekohled snímal Sloupy stvoření, využíval jeden filtr pro izolaci jasně červené čáry vodíku, jiný k vyčlenění ještě červenější čáry síry a třetí k zachycení modro-zelené čáry kyslíku. Když pořídíme snímek mlhoviny pomocí filtru, který propustí jen světlo určitého prvku, vidíme rozložení tohoto prvku v mlhovině. Ale v širším kontextu vidíme, jak se napříč mlhovinou mění fyzikální podmínky. Barvy takového snímku určitě nevypadají jako barvy, které bychom viděli pouhým okem či dalekohledem, ale na druhou stranu reprezentují fyzikální procesy, které se v této oblasti odehrávají. Filtry vodíku, kyslíku a síry kombinované tímto způsobem jsou známy jako Hubbleova paleta, jež je široce užívána ve všech druzích fotografií mlhovin. Neukazuje nám jenom barevný chaos mlhovin s tvořícími se hvězdami, ale také pozoruhodné pohledy do míst, kde hvězdy umírají.

Kde planety umírají…

Krásné, složité drahokamy roztroušené ve vesmíru jsou oblastmi zániku hvězd a už od roku 1784 nesou název planetární mlhoviny. Planetární mlhoviny jsou objekty, které nemají s planetami nic společného. Název získaly od Williama Herschela. Ten jako první pozoroval planetární mlhovinu dalekohledem a viděl nazelenalý ovál, který mu připomínal planetu Uran. Modro-zelená barva kyslíku a červená vodíku dominují snímkům planetárních mlhovin v pravých barvách. Názorným příkladem je Prstencová mlhovina. Leží 2300 světelných let od Země a má průměr 1,5 světelného roku. Je považována za prototyp planetární mlhoviny. Tvar Prstencové mlhoviny je však ve srovnání s jinými planetárními mlhovinami jednoduchý. Je pozoruhodné, že podobné obrazy doprovázejí smrt téměř všech hvězd ve vesmíru. A jednoho dne, za zhruba pět miliard let se k nim přidá i naše Slunce.

Slunci je souzeno, že se těsně před svým zánikem nafoukne. Při pohledu ze Země zaplní polovinu oblohy. Ještě bude zapadat na západě, ale už bude vycházet na východě a v poledne bude celá obloha zaplavena tímto jasně červeným objektem, který nás speče na porcelán. V tomto bodě se vnitřek hvězdy stává velmi nestabilním. Chvěje se a otřásá. A pak může být její povrch, který je velmi slabě vázán, odvržen do vesmíru. Můžete si to představit jako hvězdné kýchnutí. Vnější plynná obálka se rozpíná a Slunce se z rudého obra zmenšuje, až se stane horkým bílým trpaslíkem. Ultrafialové záření trpasličí hvězdy excituje okolní plyn a podobně jako v oblastech tvořících se hvězd způsobuje jeho záření. Fascinující podívaná potrvá po tisíce let a posléze pohasne. Je téměř nemožné přesně předpovědět, jaký kosmický obraz namaluje Slunce na konci svého života. Ale podívejme se na neuvěřitelnou pestrost planetárních mlhovin v galaxii. Co je příčinou jejich záhadných tvarů?

Odhaduje se, že v naší galaxii je 10 000 planetárních mlhovin, a každá z nich ukazuje jedinečný způsob zániku hvězdy. Ač je každá planetární mlhovina vytvořena jediným hvězdným systémem, jejich rozměry jsou v porovnání s ním nesmírné. Planetární mlhoviny jsou obrovské. Kdybyste držel Sluneční soustavu mezi prsty, planetární mlhovina by měla 1000× až 10 000× větší poloměr. V důsledku velké vzdálenosti od Země se nám většina planetárních mlhovin jeví jako nepatrný flíček ve vesmíru. Vzdálenost od nás k planetární mlhovině NGC 2440 je ale 4000 světelných roků. Ačkoli má tato mlhovina průměr celého jednoho světelného roku, při pohledu ze Země činí její velikost pouhá čtyři procenta velikosti měsíčního úplňku. Mlhovinou, zdánlivě stejně velkou jako Měsíc, je Závitnice, ale i v jejím případě je nezbytná dlouhá fotografická expozice, aby byla vůbec vidět. Její ohromující tvar inspiroval některé lidi, aby ji nazvali Božím okem. Při vzdálenosti 450 světelných roků patří mezi Zemi nejbližší planetární mlhoviny. Proto byla intenzivně studována. Záznam z Hubbleova kosmického dalekohledu kromě jiných překvapení odhaluje podivné, paprskům podobné uzlíky uvnitř mlhoviny. Nazývají se kometární uzlíky, protože vypadají, jako by pocházely z komet. Ale vznikají přirozenou interakcí mezi zářením hvězdy a plynem. Záření v oblaku plynu způsobuje něco jako rázovou vlnu. Jako když nalijete studenou vodu na horký oheň. V plynu se vytvoří cucky a rozdrobí se. Zářivé barvy viditelné na snímcích planetárních mlhovin jsou však iluzí.

Kdyby například byla kosmická loď v blízkosti centrální hvězdy mlhoviny Závitnice, zářící plyn by byl téměř neviditelný, protože je řídký. Jen přelet k vnějšímu okraji planetární mlhoviny by nám ukázal jiný pohled. Museli bychom cestovat do vzdálenosti zhruba tisíce poloměrů planetární soustavy, než bychom začali vnímat záři plynu samotné planetární mlhoviny. Vypadalo by to hodně podobně jako polární záře, kterou vidíme zde na Zemi. Barvy by byly krásné. Ale to už bychom byli téměř za hranicemi mlhoviny. Při zpětném pohledu na mlhovinu jsou barvy ještě více zřetelné. Oblak plynu je příliš řídký, než aby byl viditelný. Musíme se dívat zcela skrze něj, napříč miliard kilometrů. Ale dokonce i v tomto bodě potřebujeme pomoc. Naše oči vidí očekávanou červenou barvu vodíku, ale pokud použijeme Hubbleovu paletu, ukážou se i jiné barvy a struktura mlhoviny bude zřetelnější. Co z mlhoviny uvidíme, je ale také omezeno naší polohou. Vidíme ji pouze z jednoho směru. Připomíná protažený prstýnek. Ale naše kosmická loď letí podél mlhoviny a my zjišťujeme, že pod jiným úhlem vypadá velmi odlišně. Není to prstenec plynu nebo dokonce koule, ale dva zřetelné, protínající se disky – pravděpodobně vytvořené centrální hvězdou, která odvrhla svou plynnou obálku ve dvou oddělených fázích v různém čase těsně před koncem svého životního cyklu.

Záhada roztodivných tvarů

Otázka, proč jsou tvary planetárních mlhovin tak odlišné, patří v astronomii mezi ty nejtěžší. Jsou od kulatých, jako je mlhovina Plátek citronu, přes eliptické, jako je mlhovina Spirograf a mnoho dalších, až po extrémní případy, jako je mlhovina Mravenec či Dvojitá oliheň známá též jako M2-9. Protože hvězdy jsou na počátku kulaté, mohli byste očekávat, že jejich labutí písní bude sférická planetární mlhovina. Ve skutečnosti má takový tvar jen deset procent z nich. Mezi hlavní původce exotičtějších tvarů patří hvězdné větry z různých vrstev atmosféry odvržené hvězdou různými rychlostmi v různých obdobích poslední fáze životního cyklu. Máme zde navzájem se ovlivňující soubor větrů. Uvnitř mlhoviny se srážejí, a tento proces mlhovinu přetváří a pomáhá jí získat zajímavý tvar. Nejzáhadnější jsou dvojité tvary některých planetárních mlhovin. Složité síly v jejich nitrech způsobují, že zářící plyn je u umírajících hvězd uvolňován ve výtryscích, připomínajících výtrysky z právě se rodících hvězd. Jak se mohou takto podobné jevy odehrávat jak na začátku, tak i na konci hvězdného života?

Výtrysky jsou v hvězdném vývoji častými jevy. Dochází k nim v akrečních discích, což je rotující plyn a prach za přítomnosti magnetických polí. Materiál se váže na magnetické siločáry a je posléze odfouknut do vesmírného prostoru. Ale umírající hvězda nemá akreční disk, nemá tedy odkud získávat další hmotu, ledaže by byla součástí binárního systému neboli dvojice hvězd, které obíhají kolem společného těžiště. Jak se obě hvězdy navzájem obíhají, jedna z nich předává hmotu druhé. Materiál přetéká z jedné hvězdy na druhou a vytváří akreční disk. V něm vznikne magnetické pole a materiál je odvržen stejně jako v ostatních případech. Planetární mlhoviny jsou výsledkem běžného procesu zániku hvězd. Ale jsou známy také obří hvězdy, které se od „normálních“ dost liší. Jejich životy končí obrovskými explozemi – a často je mlhovina, která po nich zbyla, jediným vodítkem pro astronomy, aby rozluštili, jak hvězdní obři dospěli ke svému dramatickému konci.

V roce 1054 vybuchla ve vzdálenosti 6300 světelných roků od Sluneční soustavy hmotná hvězda. Při pohledu ze Země se jevila jako nová, nejzářivější hvězda. Byla 10krát jasnější než Venuše a 29 dnů byla viditelná i za denního světla. Zaznamenali ji čínští astronomové a snad také lidé kmene Anasazi v Novém Mexiku, jak se zdá z jejich obrazů vytesaných do skal. Zeslábla téměř stejně rychle, jako se objevila a dnes ji můžeme vidět pouze dalekohledem. Ale to, co po ní zůstalo, je velkolepé – Krabí mlhovina. Je to nádherná ukázka typu mlhoviny, které vznikají jako pozůstatek supernovy. Pozůstatky supernov jsou v podstatě rozpínající se oblaky trosek vyvržených při explozi opravdu mohutné hvězdy. Je to smrtelná exploze masivní hvězdy, ke které dojde na konci jejího života. Pozůstatky supernov jsou stejně jako planetární mlhoviny výsledkem zániku hvězdy. Když se z hvězdy stává planetární mlhovina, odvrhuje hustou hmotu ze svého povrchu velmi pomalu. Není to exploze, jen prostě vyvržení. Supernova je mnohem jednodušší, je to zkrátka exploze. Vše se odehraje během několika sekund. A mlhovina jsou trosky, které zůstávají. Světelný efekt pochází z rázové vlny exploze, která naráží do okolního materiálu a způsobuje jeho svícení.

Že tomu tak skutečně je, bylo potvrzeno v roce 2004, kdy Hubbleova kosmická observatoř zachytila tuto rázovou vlnu narážející do prstence plynu v pozůstatku supernovy, která vybuchla v roce 1987 ve vzdálenosti 160 000 světelných roků. Krabí mlhovina zůstává nejznámějším ze všech pozůstatků supernov. Astronomové ji dalekohledy studují už tři století, a přesto až v roce 1968 objevili tajemství ukryté v jejím nitru. V úplném středu mlhoviny je pulsar rotující rychlostí 30 otáček za sekundu. Pulsar je rotující neutronová hvězda tak hustá, že jedna čajová lžička hmoty z něj by vážila miliardu tun. Pulsar v Krabí mlhovině má průměr pouhých 30 kilometrů, ale váží víc než naše Slunce! Rotuje rychle, ale ztrácí energii a postupně zpomaluje. Energie rotace se přenáší do plynu a většina záření mlhoviny jde na vrub zpomalování pulsaru. Toto záření je viditelné jako tajemná modrá záře uprostřed Krabí mlhoviny. Tvoří je elektrony pohybující se magnetickým polem pulsaru téměř rychlostí světla. Ale je tam toho zajímavého mnohem víc.

Nedávné snímky odhalily, že magnetická pole promíchávají střed mlhoviny. Vědci zaznamenávají nepatrné vlnky šířící se z pulsaru. Magnetické pole si můžeme představit jako napnuté gumové pásy, které když se vytrhnou, způsobí impuls, jenž se šíří dál. Zhruba toto se tam děje. Neznají ještě detaily, ale existence tohoto jevu je zcela zjevná. Smrt hvězdy, která vytvořila Krabí mlhovinu, je součástí životního cyklu hvězd v naší Galaxii. Plyn odvržený jako pozůstatek supernovy nebo jako planetární mlhovina se vrací do mezihvězdného prostoru, kde se stane surovým materiálem pro budoucí generaci hvězd. Tento proces nemůže fungovat navěky, protože existuje jen omezené množství vodíku. Dříve nebo později se většina vodíku a hélia, které jsou hvězdným palivem, vyčerpá a hvězdy vyhasnou. Když se podíváte na Mléčnou dráhu dnes, 97 procent její hmotnosti je ve hvězdách a jen tři procenta zůstávají ve formě plynu. A jak tvorba hvězd pokračuje, tato zásoba se stále zmenšuje. Tvorba hvězd se nepochybně zpomalí, protože je stále těžší získat dostatek plynu.

Ale nedávno astronomové pomocí rádiového dalekohledu v Green Bank objevili zdroj plynu v obrovském oblaku mimo Mléčnou dráhu. Smithův oblak je opravdu obrovský. Plyn a prach mají hmotnost zhruba miliónkrát větší než je hmotnost Slunce. Tento oblak směřuje proti Mléčné dráze a za 20 až 40 miliónů let se s námi srazí. Až dojde ke kolizi, vznikne rázová vlna a ta může spustit zrod stovek nových hvězd. Až kolize stlačí plyn ve Smithově oblaku, nová mlhovina tvořících se hvězd zazáří v naší galaxii a životní cyklus vesmíru bude pokračovat. V dlouhodobém výhledu ale nemáme dostatek podobných oblaků, které by udržely proces v chodu, a tak se mlhoviny postupně vytratí. Vesmír je zhruba 14 miliard let starý. Za 100 miliard let už nebude v Mléčné dráze žádný materiál, ze kterého by mohly vznikat velké zářící hvězdy. Zůstanou zde jen prastaré pozůstatky hvězd, které se vytvořily dávno v minulosti. Bude to velmi pochmurné místo. Nyní žijeme ve vzrušujícím období existence vesmíru, kdy hvězdy ještě nevyhasly a rezervoár materiálu pro tvorbu hvězd a planet se ještě nevyčerpal.