Velké satelity jsou jako katedrály. Špičkovou vědu ale umí i ty malé

Dočetla jsem se, že létáte na malých letadlech.

Létal jsem ve Spojených státech, tady jsem už asi osm let nepilotoval.

Vesmír studujete ze Země, lákala by vás představa podívat se tam fyzicky?

Pokud bych měl možnost, lákalo by mě to. Uvědomuji si ale, že je to stále velmi složité. Navíc mám malé děti, tudíž i jiné priority.

Chtěl byste se dotknout povrchu jiné planety, nebo spíš jen zažít ten pocit být ve vesmíru?

Rád bych Zemi uviděl z vesmíru a ještě raději bych ji uviděl z Měsíce. Asi to souvisí s mým dětstvím, kdy mi otec namísto čtení pohádek ukazoval obrázky astronautů na Měsíci a vyprávěl mi příběhy o letu na Měsíc. Když se jako malé dítě podíváte na oblohu, vidíte Měsíc jako talíř. Když si však později uvědomíte, že je to ve skutečnosti obrovský svět, začne vás to ohromně fascinovat.

Třeba jednou Elon Musk zpřístupní vesmír obyčejným smrtelníkům.

Můj velmi blízký americký kamarád a vynikající fotograf Karim Iliya měl obletět Měsíc jako účastník mise dearMoon, kterou před několika lety vyhlásil japonský miliardář Jusaku Maezawa. Prostřednictvím rakety Starship Elona Muska chtěl poslat do vesmíru umělce – hudebníka, básníka či právě fotografa, aby ostatním zprostředkovali své pocity z obletu Měsíce. Taková díla by podle jeho mínění byla ta opravdu cenná pro ostatní lidi, nikoli popis stíhacích pilotů a jednoho geologa, kteří se tam zatím podívali. Maezawa však letos začátkem června misi zrušil.

V minulosti jste řekl, že bychom neměli mít jako prioritu kolonizaci vesmíru, nýbrž ochranu Země. Jak přesně jste to myslel?

Formovat například Mars a udělat tam podmínky vhodné pro život je o mnoho řádů složitější než vyřešit problém změny klimatu a ochránit naši Zemi. Změna klimatu je obrovský problém, stejně tak počet druhů, které kvůli ní a souvisejícímu znečištění planety vymírají. Musíme to řešit.

Přes veškerou složitost – šlo by na Marsu formovat život?

Před 3,6 miliardy let, kdy vznikal život na Zemi, byly vhodné podmínky pro vznik života i na Marsu. Je tedy možné, že ve stejném čase mohl život vzniknout i tam. Pokud život vznikne, dokáže přežít i ve velmi těžkých podmínkách – na Zemi máme takzvané extremofily, kteří žijí i při velmi vysokých či nízkých teplotách či ve velkém suchu. Pokud tedy na Marsu někdy vznikl život, možná pod povrchem dodnes existuje, a když tam přijdeme a dovlečeme s sebou naše bakterie, narušíme tamní ekosystém a potenciální život ohrozíme. Možná to může ohrozit i vyslané astronauty, pro které navíc cesta kvůli kosmické radiaci nebude snadná. O tom se málo mluví a není to vyřešené.

Věnujete se rentgenové astronomii. Můžete krátce shrnout, o co jde?

Do 50. let minulého století astronomové zkoumali vesmír jen s pomocí optických dalekohledů ve vizuální oblasti spektra. Tedy to co vidíme svýma očima. Takové pozorování zajišťuje třeba Hubbleův vesmírný teleskop. Elektromagnetické záření – světlo, které věci ve vesmíru vydávají – je však o mnoho širší a k jeho pozorování potřebujeme speciálně uzpůsobené dalekohledy. Na kratších vlnových délkách, v ultrafialové nebo rentgenové oblasti spektra, vidíme ta nejvíc horká místa ve vesmíru. V infračervené neboli mikrovlnné oblasti spektra zase vidíme ta chladnější. V infračervené oblasti spektra pozoruje vesmír třeba nový vesmírný dalekohled Jamese Webba.

Sám tedy pozorujete horká místa?

Přesně, vesmírné úkazy nejvíc nabité energií. Jedním z nich je pád hmoty na černé díry. Ty samy o sobě žádné světlo nevydávají, avšak když na ně padá hmota, zahřeje se a dokáže vydávat obrovské množství záření. V blízkosti takzvaných superhmotných černých děr, které se nacházejí ve středech galaxií, se uvolňují obrovská množství energie a rentgenovými dalekohledy to dokážeme pozorovat.

Mimořádný objev

K datům z velkých dalekohledů mají plošně přístup astrofyzici po celém světě?

Záleží na tom, jak pozorování vzniklo. Vesmírné, ale i pozemské dalekohledy, které jsou v Chile, jsou přístroje za peníze daňových poplatníků, a pokud mám jako astronom nápad, mohu požádat o pozorovací čas na konkrétní objekt, na konkrétní pozici na obloze. Pokud komise návrh zařadí mezi nejlepší a pozorování se uskuteční, okamžitě dostanu k datům přístup a rok se k nim nedostane nikdo jiný. Poté se data dostanou do archivu, kde si je může stáhnout kdokoli.

Takto nedávno učinila přelomový objev v oblasti výzkumu černých děr vědkyně Orsolya Kovács z vašeho výzkumného týmu.

Ve spolupráci s dalšími kolegy požádala o pozorovací čas na rentgenovém dalekohledu Chandra, provozovaném NASA. Věděli, že dalekohled Jamese Webba zrovna bude namířen na místo, kde objeví ty nejvzdálenější galaxie, a kolegyně vymyslela, že by bylo zajímavé namířit Chandru na totéž místo.

Co objevila?

Superhmotnou černou díru v jedné z nejvzdálenějších galaxií, které kdy dalekohled Jamese Webba objevil. Rentgenové záření, které našla, naznačuje, že tam musí být, protože nic jiného by takové rentgenové záření, které pozorujeme z takové obrovské vzdálenosti, nevydávalo. To nám dává novou informaci, že superhmotné černé díry vznikly už velmi krátce po velkém třesku.

Otřáslo to dosavadními poznatky astrofyziků o černých dírách?

Ano. Existence černých děr vyplynula z Einsteinovy teorie relativity. Uvažovalo se však o tom, že by mohly vznikat gravitačním zhroucením velké hvězdy poté, co tato hvězda spotřebuje všechno své palivo. Jde o hvězdy velikostí násobně větší než naše Slunce. Černá díra, která takto vznikne, může mít hmotnost až desetinásobku hmotnosti našeho Slunce. Nikdo však dříve neuvažoval o tom, že by ve vesmíru mohly být černé díry, které mají stovky milionů hmotnosti Slunce. Ty se našly v 60. letech minulého století, říkáme jim kvazary a samy o sobě byly velkým objevem.

Řetízek z vesmíru

Zatímco dalekohledy jako Hubble nebo Chandra stojí miliardy dolarů, dnes už technologie umožňuje posílat do vesmíru i satelity, které jsou mnohem levnější. Za velmi nadějný je označován projekt QUVIK, na kterém se podílíte. Evropská kosmická agentura a české ministerstvo dopravy na něj vyčlenily 750 milionů korun.

Velkých misí nemůže být tolik, od Hubblea po Jamese Webba uplynulo 32 let, jsou jako katedrály. Menších misí, které se dají připravit za pět let, však může být o dost víc a mohou práci těch velkých velmi kvalitně doplňovat. Právě takovou misí má být QUVIK. Jde o projekt Výzkumného zkušebního leteckého ústavu, který je zodpovědný za technické řešení, my na Masarykově univerzitě určujeme vědecké cíle.

Jak bude satelit velký?

Hmotnost bude asi 130 kilogramů a velikost samotného dalekohledu 30 centimetrů, což není vůbec málo. Hlavním cílem bude pozorovat takzvané zdroje gravitačních vln. Ty na Zemi speciálním detektorem pozorujeme tehdy, když ve vesmíru dojde ke srážce černých děr nebo neutronových hvězd. Poprvé byly zaznamenané v roce 2015. Většinou trvá desetiletí, než vědec dostane Nobelovu cenu, v tomto případě ji Kip Thorne a Barry C. Barish dostali takřka okamžitě.

K čemu je dobré pozorovat zdroje gravitačních vln?

Dnes víme, že hvězda s hmotností více než pětadvacetinásobku hmotnosti Slunce vytvoří při svém zhroucení černou díru. Pokud má méně, řekněme desetinásobek, gravitační kolaps se zastaví v momentě, kdy vznikne objekt zhruba o velikosti Brna, avšak s hmotností Slunce či větší. To jsou neutronové hvězdy, ve kterých je hmota tak natlačená, že ji tvoří jen atomová jádra. Existují i dvojhvězdy, z nichž na konci jejich života mohou vzniknout dvě neutronové hvězdy obíhající kolem stejného těžiště, a když splynou, nejenže pozorujeme gravitační vlny, ale také se do prostoru vyvrhne spousta těžkých jader, z nichž potom vznikají těžké prvky jako zlato nebo platina. Ukazuje se, že většina těžkých prvků asi vznikla takto.

Takže zlaté šperky máme z vesmíru?

Ano. Pokud máte nějaký zlatý řetízek, můžete si představit, že jedním z možných zdrojů jsou právě takové srážky neutronových hvězd ve vesmíru. Při velkém třesku, kdy vznikl vesmír, vznikl jen vodík a helium. Prvky nacházející se v periodické tabulce po železo vznikly uvnitř hvězd. Ale jak vznikly prvky těžší než železo, třeba zmiňované zlato či uran? To je pořád tak trochu záhadou a hlavním kandidátem jsou srážky neutronových hvězd.

Vyskytují se hlasy, že za objevy uskutečněné skrze QUVIK v budoucnu někdo může získat třeba i Nobelovu cenu.

V astronomii je tohle aktuálně jedna z nejzajímavějších oblastí a v České republice skutečně máme možnost tímto dalekohledem udělat převratný objev. V případě zachycení gravitačních vln bude dalekohled schopen velmi rychle se natočit na dané místo na obloze a světlo z daného úkazu zachytit. NASA připravuje větší a desetkrát dražší dalekohled se stejným cílem, ale při současných plánech poletí až po QUVIK, takže máme možnost vyšlapávat cestu pro budoucí větší mise.

Chápu dobře, že nyní detektory zachytí gravitační vlny, ale potom chybí zařízení, které by se okamžitě namířilo do míst, odkud pochází zdroj vln?

Zatím se světlo z takového úkazu podařilo zachytit jen jednou, v roce 2017, a to ze Země jedenáct hodin po samotném úkazu v optické oblasti spektra. Tyto zdroje by však měly být nejjasnější v prvních hodinách v UV oblasti a je důležité je napozorovat co nejdříve, což by měl QUVIK umožnit.

Ostatní vědci vás také budou žádat o pozorovací čas?

Ano, mezi srážkami neutronových hvězd bude hodně času na pozorování jiných věcí – galaxií, exoplanet, hvězd. Stavíme ho tak, aby mohl uskutečnit převratný objev se zdroji gravitačních vln, ale jinak bude sloužit české i světové vědecké komunitě.

V kontaktu s NASA

V Americe jste osm let pracoval pro NASA. Jste s bývalými kolegy v kontaktu?

Ano, kolegové ve světě vědí, co děláme, a jsme takřka denně v kontaktu. Moji dva bývalí postdoktorandi pracují v Goddardově kosmickém středisku (hlavní výzkumné středisko NASA – pozn. red).

Pracoval jste také v Nizozemsku, Maďarsku a Japonsku. Co vás vedlo k tomu, jít dělat vědu světového formátu do Brna? Máte zde srovnatelné podmínky?

Když jsem po magisterském studiu v Košicích odcházel do Nizozemska, měl jsem už tehdy představu, že se jednoho dne chci vrátit domů, a v Brně se cítím stejně doma jako na Slovensku. Na Masarykově univerzitě jsem dostal dobré podmínky budovat výzkumnou skupinu, a navíc je tu velmi zajímavé, ve střední Evropě unikátní prostředí. Vzniká tu centrum nového vesmírného průmyslu.

Přispěl k rozhodnutí fakt, že s daty z vesmírných teleskopů lze pracovat odkudkoli?

Ano, stačí mít laptop. (úsměv)

Takzvané cubesaty se zdají být trendem současného výzkumu vesmíru. Před třemi lety jste vypustili do vesmíru družici GRBAlpha, maličký satelit ve tvaru kostky o délce hrany 10 centimetrů, který nyní obstarává špičkovou vědu.

Jsem hrozně rád, že družice o objemu jednoho litru poprvé v historii pravidelně objevuje záblesky gama záření, které provází vznik černých děr napříč vesmírem. Doteď máme nějakých 144 detekcí, z toho asi 90 je ze vzdáleného vesmíru a zbytek ze Slunce. V roce 2022 jsme dokonce odpozorovali nejjasnější gama záblesk. Zatímco velké družice NASA jím byly oslepené, my jsme byli schopni zaznamenat jasnost záblesku ve špičce. Kolega z Huntsvillu – z Marshallova vesmírného centra – nás potom oslovil s dotazem, zda jsme jev také pozorovali, a na tiskové konferenci pak ukazovali naši družici na obrázku spolu se svými velkými.

Jste tedy svým způsobem průkopníci?

Tohle je věda, kterou doteď obstarávaly jen satelity za stovky milionů dolarů, a považuji za ohromně důležité, že jsme ukázali, že se dá dělat i jinak. Malé družice mohou velmi kvalitně doplňovat práci těch velkých a jsem nadšený představou, že čím víc bude podobných zařízení přibývat, tím víc se podaří vědu diverzifikovat. Bude to jiné, než když všichni používají jeden stejný přístroj.

Může si takový satelit dovolit řekněme každá univerzita?

Mohla by. Malé satelity umožňují uskutečnění mnohých nápadů, které dosud nemohly dostat prostor. Naší družici studenti posílají pokyny klidně v noci, podílí se na pozorování a někteří už z něj zpracovali i diplomovou práci.

Budeme někdy znát celou pravdu o vývoji vesmíru?

Složitá otázka. Je to proces. Dnes toho víme mnohonásobně víc, než jsme věděli před sto lety. Tehdy to byla jen naše galaxie – nevěděli jsme, že se vesmír rozpíná, že existují další, vzdálené galaxie. Dnes víme, kolik má let. Víme i to, že jen pět procent vesmíru tvoří normální hmota, kterou tvoří atomy. Zbytek tvoří temná hmota, temná energie, o kterých nevíme vůbec nic. A dokonce z těch pěti procent jsou jen desetina hvězdy a ani většinu té normální hmoty nedokážeme ve vesmíru pozorovat, takže máme ještě hodně co objevovat.