Neviditeľná astronómia

    Až do 20. storočia astronómovia poznávali vesmír pozorovaním svetla zo vzdialených hviezd a galaxií, no svietiaca látka vo vesmíre tvorí iba 1% celkovej hmoty. 3% patria vyhasnutým hviezdam a planétam, 23% temnej hmote a 73% tvorí ,,niečo čo rozfukuje vesmír" a vďaka čomu vesmír expanduje. Vedci dodnes poriadne nevedia čo to je, no pomenovali to ,,temná energia". Jej existenciu predpokladal aj Albert Einstein, ktorý ju pridal do svojich rovníc, no z iných dôvodov (Einstein chcel upraviť svoje rovnice tak, aby podľa nich zostal vesmír statický, a teda sa nerozpínal ani nerútil). Neskôr zistil, že statický vesmír nezodpovedá meraniam a novým dôkazom a túto konštantu vyhlásil za najväčší omyl v jeho živote. 

    Dnes vieme informácie o vzdialených objektoch získavať aj pomocou meraní elektromagnetických z elektromagnetického spektra.

Elektromagnetické spektrum

Rôzne typy EM žiarenia sa líšia svojou energiou: gama žiarenie je najenergetickejšie, nasleduje röntgenové žiarenie, UV, viditeľné a infračervené svetlo. Typy EM žiarenia, ktoré majú vlnové dĺžky väčšie ako infračervené svetlo sú zatriedené ako rádiové vlny. Tieto sa delia na submilimetrové vlny, mikrovlny a rádiové vlny s dlhšími vlnovými dĺžkami. EM žiarenie sa šíri vlnami, ktoré sa šíria dokonca aj vo vákuu. Energia(E) vlny súvisí s jej frekvenciou(f) podľa vzťahu: E=hf, kde h je Planckova konštanta, nazvaná podľa nemeckého fyzika Maxa Plancka. Vzťah medzi frekvenciou a vlnovou dĺžkou(λ) EM žiarenia je fλ = c, kde c je rýchlosť svetla vo vákuu. Tieto dva vzťahy umožňujú opísať EM žiarenie nielen pomocou energie ale aj pomocou frekvencie alebo vlnovej dĺžky.

Obrázok: Súčasná a budúca flotila ESA misií skúmajúcich Vesmír cez EM spektrum. Zľava doprava: rádiové vlny, mikrovlny, sub-mm žiarenie, infračervené, viditeľné svetlo, ultrafialové, röntgenové lúče a gama lúče. Kliknutím na obrázok ho zväčšite
zdroj: esa.int

Výskum

    Ku koncu 19. storočia začali vedci skúmať ako by sme toto žiarenie z kozmu mohli zachytiť, aby sme ‘videli’ astronomické objekty, napríklad hviezdy a galaxie, mimo rozsahu viditeľného svetla. Najprv však museli prekonať bariéru zemskej atmosféry. Tá je priehľadná pre viditeľné svetlo a rádiové vlny strednej dĺžky, ktoré môžeme ľahko pozorovať zo Zeme, ale blokuje rádiové vlny a ostatné žiarenie dlhšie ako desať metrov, čím nám skresľuje "pohľad" na vzdialené objekty - je to ako keby ste sa pozerali na dno rýchlotečúcej rieky. 

• Vysokoenergetické gama a röntgenové lúče, s vlnovými dĺžkami takými malými alebo menšími ako atómy, sú absorbované vo vyššej atmosfére. Toto chráni život na Zemi od smrteľného žiarenia, ale sťažuje astronómom jeho detekovanie.
• Väčšina ale nie všetko UV žiarenie je absorbované kyslíkom a ozónom vo vyššej atmosfére a stratosfére. Aby využili to UV žiarenie, ktoré sa dostane na Zem, niektorým zvieratám sa vyvinuli oči, ktoré ho môžu detekovať.
• Kratšie vlnové dĺžky infračerveného žiarenia môžu preniknúť cez atmosféru, ale kedže tieto vlnové dĺžky sa blížia k jednému mikrometru, infračervené žiarenie má tendenciu byť pohltené vodnými parami a inými molekulami v atmosfére.
• To isté sa deje so žiarením s vlnovými dĺžkami menšími ako milimeter – rádiovými vlnami od pár stoviek mikrometrov do približne 1 milimetra a s mikrovlnami. Môžeme ich pozorovať pomocou uzemnených zariadení umiestnených v oblastiach s vysokou nadmorskou výškou a obzvlášť suchým podnebím (ako opisuje Mignone & Pierce-Price, 2010), alebo pomocou experimentov umiestnených na balónoch alebo vo vesmíre.

    Pretože rôzne fyzikálne procesy vyžarujú žiarenie rôznych vlnových dĺžok, kozmické zdroje žiaria jasne v jednej alebo viacerých častiach EM spektra. Využitím pozemských aj vo vesmíre umiestnených teleskopov teda dnes môžu astronómovia kombinovať pozorovania v rôznych častiach spektra, čo viedlo k vytvoreniu donedávna skrytého a nesmierne úchvatného obrazu Vesmíru

Obrázky: pozorovacie zariadenia ESA

Obrázok: Galaxia M 31 vAndromede, najbližšia špirálovitá galaxia pri Mliečnej ceste, videná pri rôznych vlnových dĺžkach s doteraz najväčším rozlíšením. Pozorovania viditeľného svetla ďalekohľadom umiestneným na Zemi, ukazujú niekoľko stoviek miliárd hviezd, ktoré vytvárajú galaxiu. Pozorovania hlboko-infračervených vlnových dĺžok Herschelovým vesmírnym observatóriom odhaľujú zmes tvorenú (hlavne) plynom a prachom, z ktorej sa zrodia nové hviezdy. Röntgenové pozorovania XMM-Newtonovým vesmírnym observatóriom zobrazujú svetlo hviezd, ktoré sa blížia ku koncu svojho životného cyklu alebo svetlo pozostatkov hviezd, ktoré už zomreli.