Zabavil jsem se na konferenci astrofyziky v Marseille
(červen 2001)
Hledám temnou hmotu zoufale.
Vědci jsou velmi spokojeni s pozorováními provedenými ve spektru rentgenového záření pomocí dalekohledů XMM a Chandra. Níže je umělecká představa dalekohledu XMM v rentgenovém záření:
Odkazujeme zde na již starší článek z ledna 2001, který vyšel v časopise Ciel et Espace pod autorstvím Azar Khalatbari. Zde několik výňatků:
Strana 25:
„Mezi galaxiemi se hmota soustřeďuje a tvoří dlouhé struktury, vlákna. Všechno toto hezké spolu zůstává spojeno, každá na své úrovni, gravitační silou. Po dlouhou dobu se kosmologové ptali, jak se uspořádání hmoty vyvíjelo až k vzniku těchto vláken, a zda tyto dnešní viditelné struktury existovaly v minulosti.“
Zajímá mě to také, protože tato struktura, alespoň podle pozorování, existuje pouze v představách pana Khalatbariho. O několik řádků dál píše:
„Vzhledem k tomu, že nemáme pozorování z raného stádia vesmíru, kosmologové použili svou hmotnou šedivou hmotu (...) a své procesory k vytvoření číselných simulací. Výsledek: pokud by v dávné minulosti hmota tvořila malé skupinky (ve astronomickém žargonu – pokud by vesmír prožíval hustotní fluktuace), tyto primární fluktuace mohly pouze narůstat s časem pod vlivem gravitace. Výsledkem je dnešní stav.“
O jakém stavu mluví ten chlap? Článek zůstává tajemný. V červnu 2001 jsem se zúčastnil mezinárodní konference astrofyziky a astronomie v Marseille. Hlavním tématem bylo „Kde je hmota?“ (Where is the matter?). Na takových setkáních se lidé přiděluje k tomu, aby dělali „přehledy“, „obecné přehledy“ o různých tématích. Pamatuji si, že italský vědec, jehož jméno jsem zapomněl, měl zodpovědnost za shrnutí toho, co jsme mohli vědět o VLS – velké struktuře vesmíru. No, teď mají lidé stále silnější dalekohledy. Osmimetrový průměr je prakticky standardem. Přidejte k tomu výhody adaptivní optiky, kosmické astronomie a všechno ostatní. Shrnutí: pozorování se stávají stále přesnějšími. Itale nám tedy ukázal řezy vesmíru rozprostírající se až do vzdáleností několika set milionů světelných let. No, moje paměť ještě neklesá. Viděl jsem spoustu obrázků, které naznačovaly, že tato bublinová struktura vesmíru, objevená v sedmdesátých letech, se skutečně potvrzuje. Kudykoli se podíváte, z jakéhokoli úhlu, jakoukoliv metodou vesmír rozřízneme na řezy, vždy najdeme stejnou strukturu „propojených bublin“. Pak předsedající představil výsledky arachnéových simulací:
Zůstal jsem, přiznávám, zcela zmaten. Když někdo zvedl mikrofon a zeptal se, zda někdo nemá otázku k přednášejícímu, zvedl jsem ruku. Mikrofon mi předali a před touto shromážděním zhruba dvou set účastníků z různých zemí jsem se zeptal, zda to nevzbuzuje pochybnosti, že tyto počítačové simulace a krásné obrázky bublinového vesmíru, které jsme viděli před čtvrtou hodinou, nejsou zřejmě nijak spojeny s pozorováním.
Nastalo pak 20 až 30 sekund ticha. Úplné, husté, jako by se dalo řezat nožem. Podíval jsem se po všech stranách, napínal ucho: nic. Po této půlminutě úplného mlčení jsem mohl jenom usednout. Byl jsem snad „mimo téma“? Pravděpodobně. Možná je doba, kdy se „teoretické výsledky“ měly shodovat s pozorováním, už dávno minulá.
Všechno to připomíná neštěstí Galilea. Když měl v rukou svou slavnou dalekohled, objevil, že některé hvězdy jsou ve skutečnosti dvojice. Protože jeho současníci byli skeptičtí, povzbudil je, aby se podívali do objektivu jeho přístroje, což udělali. Věříte, že to něco změnilo? Žádným způsobem. Ti lidé mu řekli, že to nemusí být pravda, protože hvězdy vypadají jako dvojice jen ve jeho přístroji, který pochází přímo z pekla. Je to stejné i dnes v astronomii. Možná víte, že už třicet let nikdo nedokázal vysvětlit tuto bublinovou strukturu vesmíru. „Teorie placků“ od Zel’doviče se rychle rozpadla. Ve skutečnosti jakmile se pokusili vyrobit „desky“ hmoty, rychle se z nich vypařila kvůli ohřevu. Ach, mezi tím jsem vám ještě neřekl, ze čeho naši teoretici simulátoři vyrobili svou vláknitou strukturu. Ze CDM (cold dark matter, „chladná temná hmota“). Ve skutečnosti jsem vám ještě nevyprávěl celou příběh. Nevím proč jsem ten kousek zamlčel. Pro všechno, když itale připravoval svou prezentaci, postavil jsem se na druhé řadě právě vedle projektoru transparentů. Po položení otázky ohledně výrazného rozdílu mezi „teorií“ a „pozorováním“ a po získání dvaceti sekund ticha jsem dodal:
- V roce 93 byla tato bublinová struktura získána simulací z modelu dvojčat.
a položil jsem následující transparent na projektor.
Všichni tedy mohli vidět tento obrázek a také si všimnout, že vypadá velmi podobně jako předchozí obrázky z pozorování. Ale nikdo nic neřekl a já jsem zůstal jako hlupák stát vedle projektoru. Všichni čekali, že odstraním tuto nepředpokládanou tabuli a usednu. Tak jsem nakonec udělal. Kompletní selhání...
Tento obrázek byl publikován v roce 95 ve časopise Astrophysics and Space Science a také tvořil součást mé prezentace na této konferenci (měl jsem jen „poster“, který nikdo nečetl). Kromě toho byl znovu uveřejněn v mé knize „Ztratili jsme polovinu vesmíru“ (Albin Michel 1997 a Hachette 2000, v brožované verzi).
Když jsem přišel na tuto konferenci (první od 17 let, protože od roku 83 nemám žádné peníze z CNRS jako účetní kredit nebo jakýkoliv jiný kredit), ptal jsem se, jestli bude nějaký dialog. Moje manželka mi řekla: „Udělej si fotokopie svého článku a dej je na stoly před začátek úterý.“ Tak jsem udělal. Udělal jsem 70 fotokopií „dlouhé verze“ mého článku (64 stran) a před první seancí v úterý v 9 hodin jsem je rozložil na stoly. Všechno bylo odstraněno. Nikde v košíku na papíry nebo pod stolem jsem žádnou kopii nenašel. Na konci dokumentu byly mé kontakty, můj e-mail.
Šest měsíců později: nic. Úplný ticho. Žádná malá otázka, ani stín zvědavosti...
Připomíná to science fiction: vědec se náhle stane neviditelným, aniž by si to uvědomoval, a přeskočí do paralelního vesmíru. Přesto během této konference jsem byl velmi dobře, zdvořile a všude. Upraveně, skromně. Jen jsem položil čtyři nebo pět otázek, které všechny skončily úplným selháním. Ta o velké struktuře je jednou z nich. Ale znovu se vrátím k tomu starému číslo Ciel et Espace a k tomu článku Khalatbariho. Přečtením těchto řádků mám pocit, že jsem v nějakém snu. Astrofyzika nabrala od několika let zcela senovou povahu. Na téže konferenci jsem měl příležitost se seznámit s Meillierem, který spolu s Fortem vytvořil první mapu „neviditelného vesmíru“ na základě dekódování gravitačních čoček. To není tak složité si představit. Představte si plachtu s bílými skvrnami na červeném (nebo černém, protože jde o vesmír) pozadí. Pokud položíte kapky vody na tuto plachtu, budou způsobovat deformace obrazů bílých skvrn. Pokud by vám ukázali fotografii této plachty zhora, mohli byste si představit, že, nevidíte-li přímět přítomnosti této vody, která je průhledná na plachtě, můžete její přítomnost rekonstruovat a mapovat její rozložení podle deformace obrazů skvrn. Zhruba to dělají Fort a Meillier. „Mapovali neviditelné“, „nezaznamenané“ na základě slabých gravitačních čoček (weak gravitational lensing). Svět v roce 1999 publikoval krásnou barevnou reprodukci tohoto výsledku.
Ale už tehdy byly některé „stíny“ (pro detaily viz moje prezentace na konferenci června 2001), a slovo je velmi vhodné. Skutečně tato metoda mapování jim ukazovala koncentrace hmoty v jednom nebo dvou místech, které dosahovaly minimálně hmotnosti tisíce galaxií, tedy hmotnosti největších známých shluků galaxií (Coma, Panna). A právě na těchto místech: nic v viditelném světle, žádné infračervené, ultrafialové ani rentgenové záření. Meillier to potvrdil na této konferenci v červnu 2001. Měl dokonce před měsíci objevil třetí „temný shluk“ tohoto druhu. Protože právě předtím chválil spolehlivost své metody mapování, zeptal jsem se ho, jak vysvětluje přítomnost těchto „tří temných shluků“, tak důležitých. Víte, jakou odpověď mi dal?
- Tyto temné shluky? Řeknu vám, co si o nich myslím: osobně na ně nevěřím!
Nedozvěděl jsem se více. Tímto způsobem zpochybňoval své vlastní práce, ale ostatní to nezajímalo. Tam jsem začal být unavený. Během této konference jsem se opravdu nudit, přiznávám. Mám problém s atmosférou, kde se zdá, že diskuse chybí, nebo racionalita zmizela. Role jsou rozděleny. „Velké hlasy“ prezentují své výsledky. Jsou otázky, které se nesmí položit. Cítí se celá souhlasnost. Hra je už hrána, role rozděleny ve farsu, kde ti, kdo nechtějí hledat v kruhu, nemají místo.
Během těchto pěti dnů jsem prožil pouze neustálé selhání. Uveďme ještě jeden příklad. V tom starém čísle Ciel et Espace najdu téma, které bylo také jedním z hlavních témat této konference: výsledky měření ve spektru rentgenového záření. Shluky galaxií se tak projevily jako silné zdroje rentgenového záření. 8 až 15 keV. To odpovídá 100 až 180 milionů stupňů. V těchto shlucích tedy existuje plyn ohřátý na takovou teplotu. Všichni přikyvovali, když připomínali, že jde o jeden z tajemství vesmíru. Znovu jsem byl zneklidněn:
- Podívejme se. Po provedení následujícího výpočtu:
dostaneme pro atomy vodíku průměrnou rychlost 1500 km/s. Je to nakonec normální a rozumné? Tato rychlost je blízká únikovým rychlostem galaxií. Pokud by atomy cestovaly pomaleji, tyto galaxie by je zachytily. Před více než dvaceti pěti lety, když se objevila myšlenka, že mezi galaxiemi může být tak horký plyn, jsem provedl jednoduchý výpočet (ne příliš složitý) pro střední volnou dráhu těchto atomů, založený na odhadu hustoty. Zjistil jsem, že prostředí je velmi málo srážkové a právě proto se tato teplota udržuje. Jinak by srážky mezi atomy vedly k radiativnímu ochlazení této plynné hmoty a její absorpci galaxiemi. V tomto okamžiku je zajímavá otázka původ horkého plynu. Jaký jev mohl tento plyn ohřát na takovou teplotu? Navrhuji, že tato horká hmota byla vytvořena ve stejnou dobu jako první hvězdy. Nakonec víme velmi málo o jevech spojených s narozením hvězd, hlavně proto, že se tyto narození odehrávají v útrobách hmotných plynů, které tyto jevy skrývají před našimi očima. Nejvíc víme, že hvězdy typu T-Tauri mohou mít velmi bouřlivá narození. Všichni se ptají: „Proč takové vzrušení?“ Já vám odpovím, že i hvězdy s mírnou povrchovou teplotou jako naše Slunce dokážou vytvořit okolí, které je mnohem horké – několik milionů stupňů.
Pak jsem se pokusil několika větami naznačit proces
MHD ohřevu sluneční koruny
. A přidal:
- Osobně bych sklonil k tomu, že narození prvních hvězd, které dnes jsou staré hvězdy, mohlo být doprovázeno silnými jevy MHD ohřevu, takže atomy tohoto plynu, dosáhly teploty vyšší než úniková rychlost galaxie, ke které patřily, a opustily ji bez naděje na návrat.
Jde jen o běžné výpočty z kinetické teorie plynů. Ale kdybych mluvil jako marťan, nedosáhl bych jiného neúspěchu než ten, který přijal mé slova. Představte si scénu: šedesátiletý muž (váš sluha) bere slovo. Úplné ticho v sále. Čekají jen klidně, až tento obtížník usedne. A přesto je myšlenka sama o sobě zajímavá. Můžeme si představit, že když se galaxie tvoří, může to být doprovázeno mnoha zapálenými hvězdami a velkým uvolněním energie. Tento systém pak připomíná „peknou“. Hmotná galaxie má větší šanci ohřát zbytkový plyn tak, aby se vytrhl, vytvořil rychlosti termického pohybu vyšší než únikové rychlosti. Myslím na hmotné a plynem chudé eliptické galaxie. Naopak menší galaxie mohly držet svůj plyn vzdáleně, aniž by předaly atomům vodíku dostatečnou rychlost, aby unikly.
Můžeme také přemýšlet, že eliptické galaxie jsou galaxie, které prožily srážky, sloučily se a během těchto procesů zbytkový plyn byl ohřát na bod, kdy unikl. Tato myšlenka je také vysvětlitelná a lze o ní diskutovat. Proto nechápu, proč se přítomnost tohoto plynu o teplotě 100 až několik milionů stupňů mezi galaxiemi považuje za úplné tajemství. Možná je epocha ráda na tajemství, kdo ví?
Během této konference přišla mladá Američanka a prezentovala výsledky svých počítačových simulací vytvářejících narození galaxií. Získala tedy skupinky, začínající z chladné temné hmoty, která – jak všichni vědí – tvoří 90 až 95 % hlavní složky vesmírné polévky. Ale ta mladá žena byla znechucená: její galaxie se neotočily.
- Máme nový problém na rukou, vykřikl s důrazem Alain Blanchard, vůdce francouzských „Nových kosmologů“.
Zeptal jsem se Američanky, zda zohlednila rozšíření. Ne... odpověděla velmi zmateně. Kromě toho... člověk, který byl součástí jejího týmu a zabýval se kosmologií, tam nebyl. No, rozšíření je kosmologie...
Ano, ale v době, kdy se předpokládalo, že galaxie mohly vzniknout, byl vesmír stále poměrně zhuštěný. Porovnáme-li například 100 milionů let s patnácti miliardami let a vezmeme-li v úvahu pouze zákon, když vzdálenosti rostou jako t^2/3, dojdeme k tomu, že tyto předgalaxie v okamžiku svého vzniku byly 130krát blíže než dnes (což by naši Mléčnou dráhu a Andromedu umístilo „tělo proti tělu“). Jinými slovy, měly být prakticky v kontaktu. Z toho vyvozuji, že tyto předgalaxie byly v té době kolizní prostředí a rozšíření snížilo jejich „frekvenci srážek“. Dnes je „průměrná volná dráha“ galaxie v shluku řádově rovna stáří vesmíru. Tento jev se stává málo častý, ale stále pozorujeme mnoho systémů dvou galaxií ve vzájemné interakci. Předpokládám, že předshluky se chovaly jako kolizní plyny a tedy směřovaly k termodynamickému rovnováze, kdy se různé energie vyrovnávají (translace, rotace). Ale rozšíření tento úsilí zničilo a prostředí zůstalo „mimo rovnováhu“. Když jsem chtěl spustit diskusi na tomto tématu, znovu selhal, znovu ticho.
Přečetl jsem si v novějším čísle Ciel et Espace, že „malý počet hvězd velmi malé hmotnosti ve shlucích je záhadou“. Myslím si ale, že to spadá do jednoduchých principů z kinetické teorie plynů a termodynamiky. V plynném směsi, kde existují dvě různé hmotnosti, se průměrné individuální kinetické energie vyrovnávají. Například plazma vodíku při teplotě T (dostatečně vysoké, aby byla udržena ionizace) jsou elektrony průměrně 43krát rychlejší než protony. Tato hodnota odpovídá druhé odmocnině poměru hmotností.
Jinak můžeme také mluvit o efektu gravitačního „přeskočení“, říkajíc, že hmotné hvězdy urychlují lehké a vypuzují je z shluku. Ale upřímně, viděl nebo slyšel jste někde dnes ve fyzice hvězd nějaký rozumný úsudek? Pozorovatel je někdo, kdo má přístup k velkému nástroji. „Teoretik“ je někdo, kdo má přístup k velkému počítači. Nechce se ani hmotná šedivá hmota:
Moje stroj, všechno se o to postará...
Na observatoři v Marseille máme tým lidí, kteří každé ráno „přehřívají“ své počítače, už 20 až 25 let. Ve středu této pekelné továrny je pár Bosma (holandského původu) a Athanassoula (řeckého původu).
Albert Bosma, astrofyzik. Laboratoř astrofyziky v Marseille
To, co dělají, je pro mě vždy záhadou. Po 25 let Athanassoula zkoušela vytvořit galaxie, jejichž spirální struktura nevydržela ani jeden obrat. Dnes se zaměřila na shluky galaxií, „které se snaží rozluštit jejich tajemství“. Její muž, Bosma, posypává galaxie temnou hmotou v přiměřeném množství, dodává jim tzv. „halo“, dokud se nevytvoří správné rotace. Všechno to se zdá být nesmírně nudné.
Wozniak byl žákem Athanassouly. Ale zdá se, že před několika lety se oddělil. Teď simuluje tím, že empiricky ochlazuje své galaxie. Chce zabránit tomu, aby disipativní procesy příliš urychlily hvězdy, takže je zpomaluje, malými doteky. Představuji si ho kolem své galaxie jako mechanika s gumičkou. Bum, ochladí tady, bum, ochladí tam.
Víte co? Astrofyzika neexistuje. V DEA se studentům učí zvykat se na velký nástroj současné masturbace, obrovskou ubuďovatelnou stroj: počítač: věc, která zabrání přemýšlení. Vlasovova rovnice, Poissonova rovnice? Ó, ó, to je příliš složité. Newtonův zákon a hotovo...
Nakonec, když se snažíme najít temnou hmotu, astrofyzici ani nevědí, že ztratili svou hmotnou šedivou hmotu.
Počítadlo inicializováno 12. prosince 2001. Počet návštěv:
Návrat