Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze
Číslo 26 (vyšlo 29. června, ročník 10 (2012)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Růst velké galaxie v kupě Arp 220

Ivan Havlíček

Velké galaxie v našem přítomném blízkém vesmíru možná vznikly postupným narůstáním a slučováním z galaxií menších. Vše probíhalo při vzájemném prolínání a přetvarovávání v dávné minulosti, do níž můžeme nahlížet při sledování různě vzdálených obrazů různě starého vesmíru. Jde přitom o něco, co by se dalo nazvat vesmírnou archeologií. Pokud chceme porozumět utváření galaktických hvězdných ostrovů, jednou z možností se jeví sledovat různě vzdálené obrazy galaktických kup. Z nich se pak snad podaří poskládat nějakou „vývojovou řadu“, která by snad mohla odpovídat skutečnému průběhu galaktického vývoje v čase. V mnoha případech se již podařilo nalézt galaktická souostroví, jejichž jednotlivé galaxie jsou zachyceny v různých fázích přetvarovávání vzájemným gravitačním ovlivňováním a prostupováním. Galaktická kupa Arp 220 v souhvězdí Hada je vzdálena 250 milionů světelných rokůSvětelný rok (ly) – vzdálenost, kterou světlo ve vakuu urazí za jeden rok, 1 ly = 9,46×10¹² km. a v jejím jádru pozorujeme extrémně svítivou infračervenou galaxii (ULIRGULIRG – Ultra Luminous InfraRed Galaxies, velmi jasné galaxie zářící převážně v infračervené části spektra. Galaxie ULIRG byly poprvé popsány v roce 1972 a soustavně objevovány družicí IRAS v roce 1983. Další vlna sledování probíhá dnes – pomocí dalekohledu SST (Spitzer Space Telescope). Zdá se, že galaxie ULIRG jsou ve vesmíru stejně četné jako kvasary. Nejbližší je Arp 220 (vzdálenost 250×10⁶ l.y.) v souhvězdí Hada. Je stokrát svítivější než naše Galaxie, maximum má ale v IR oboru. Blízké galaxie ULIRG pravděpodobně vznikly srážkou galaxií, během které se začaly rychle tvořit nové hvězdy. Vzdálenější obří galaxie ULIRG by mohly být předchůdci kup galaxií.), která právě vzniká slučováním drobnějších členů. Jde pravděpodobně o srážku alespoň dvou galaxií velikostí srovnatelných s naší Mléčnou dráhou. Galaktický plyn je přitom koncentrován a výsledkem je jeho rozehřátí na desítky milionů stupňů. Tak žhavé mezigalaktické prostředí je pak příčinou vzniku mnoha stovek milionů nových hvězd najednou a veškerá srážející se a mísící se látka o sobě dává okolnímu vesmíru vědět zářením v celém spektrálním oboru. Čím je událost razantnější, tím větší energii záření odnáší. Žhavý plyn září v rentgenovém oboru, desítky milionů nových hvězd prosvětlují okolní prach a ten svítí v infračervené oblasti. O rozsahu celého děje je proto nutno poskládat obrazy ze všech dostupných spektrálních oken a teprve z nich všech dohromady je možno zrekonstruovat průběh celé události. Odměnou by mohlo být poznání, jakým způsobem vznikly velké galaxie.

Galaxie – 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.

Galaktická kupa – největší gravitačně vázané objekty ve vesmíru, z nichž některé dosahují hmotnosti až desetitisícenásobku hmotnosti naší Galaxie. Jsou tvořené třemi hlavními složkami:
– stovkami galaxií obsahujícími hvězdy, plyn a prach,
– obrovskými mraky horkých plynů,
– temnou hmotou zatím neznámé povahy.

ULIRG – Ultra Luminous InfraRed Galaxies, velmi jasné galaxie zářící převážně v infračervené části spektra. Galaxie ULIRG byly poprvé popsány v roce 1972 a soustavně objevovány družicí IRAS v roce 1983. Další vlna sledování probíhá dnes – pomocí dalekohledu SST (Spitzer Space Telescope). Zdá se, že galaxie ULIRG jsou ve vesmíru stejně četné jako kvasary. Nejbližší je Arp 220 (vzdálenost 250×10⁶ l.y.) v souhvězdí Hada. Je stokrát svítivější než naše Galaxie, maximum má ale v IR oboru. Blízké galaxie ULIRG pravděpodobně vznikly srážkou galaxií, během které se začaly rychle tvořit nové hvězdy. Vzdálenější obří galaxie ULIRG by mohly být předchůdci kup galaxií.

Slučující se galaxie Arp 220. Proces probíhá již 700 milionů roků. V hustém jádru, oblasti velké jen asi 5 000 světelných roků, se nachází zhruba 200 pozorovatelných hvězdných koncentrací, v nichž vznikají nové hvězdy. Přitom množství galaktického plynu, který se zde nachází, je srovnatelné s množstvím veškerého plynu v naší Galaxii. V infračervené oblasti byla pomocí HSTHST (Hubble Space Telescope) – Hubblův vesmírný dalekohled. Největší dalekohled na oběžné dráze kolem Země, kde byl v roce 1990 umístěn do výšky 614 km. Průměr primárního zrcadla je 2,4 m. Z hlediska kosmologie je zajímavý HST Key Project (klíčový projekt HST), který v roce 1999 posloužil k prvnímu přesnému určení Hubbleovy konstanty. V lednu 2004 NASA zrušila servisní mise k tomuto unikátnímu přístroji, nicméně v roce 2006 bylo rozhodnuto o poslední servisní misi, která měla proběhnout v roce 2008. Mise byla kvůli závadě na dalekohledu odložena a uskutečnila se v květnu 2009. již v devadesátých letech rozeznána dvě galaktická jádra velikosti 1 200 světelných roků, jejichž splynutí v jednu oblast s obří galaktickou černou dírou uprostřed je v budoucnosti téměř jisté. Zdroj: HST.

Na levém snímku je hořejní záznam z HSTHST (Hubble Space Telescope) – Hubblův vesmírný dalekohled. Největší dalekohled na oběžné dráze kolem Země, kde byl v roce 1990 umístěn do výšky 614 km. Průměr primárního zrcadla je 2,4 m. Z hlediska kosmologie je zajímavý HST Key Project (klíčový projekt HST), který v roce 1999 posloužil k prvnímu přesnému určení Hubbleovy konstanty. V lednu 2004 NASA zrušila servisní mise k tomuto unikátnímu přístroji, nicméně v roce 2006 bylo rozhodnuto o poslední servisní misi, která měla proběhnout v roce 2008. Mise byla kvůli závadě na dalekohledu odložena a uskutečnila se v květnu 2009. pořízený ACSACS – Advanced Camera for Surveys, přístroj umístěný na HST při třetí servisní misi v březnu 2002 namísto starší kamery FOC. ACS má ostřejší obraz, širší zorné pole (202″×202″) a větší vlnový rozsah (blízké IR, V, celé UV) než WFPC2. Přístroj je složen z širokoúhlé kamery, kamery s vysokým rozlišením a z kamery pro pozorování Slunce. V roce 2007 kamera selhala. Opravena byla při poslední servisní misi v roce 2009.. Pravý snímek je ve stejném měřítku a byl získán dalekohledem Subaru, zařízením Prime Focus Camera (Suprime-Cam). Zřetelné jsou dlouhé chvosty látky vytvarované pohybem prolínajících se členů kupy Arp 220. Zdroj: NAOJ.

Výtrysky žhavého plynu z centrální oblasti se táhnou do vzdálenosti až 75 000 světelných roků. Jde o stopy prvopočátku galaktické srážky zachycené rentgenovým dalekohledem Chandra. Hrana výřezu je velká 2 úhlové minuty. Zdroj: Chandra.

Vlevo je obraz v pásmu Hα získaný systémem FOCAS (Faint Object Camera and Spectrograph) na dalekohledu Subaru. Šipkami jsou vyznačené tři absorpční oblasti, které jsou stopami po minulých vzplanutích při vzniku nových hvězd. Pro srovnání je na pravém snímku tatáž oblast v R pásmu (maximum propustnosti R filtru je v červené oblasti kolem 600 nm, podrobněji viz ASAHI. Zdroj: NAOJ.

Jeden z možných scénářů vzniku absorpčních chvostů po hromadných hvězdných vzplanutích uvnitř kupy Arp 220. Dvojice spirálových galaxií splývají za vzniku rozžehnuvších se mnohačetných hvězdných líhní, které se objevují v celé vzniknuvší struktuře. Později po několika stovkách milionů roků tyto novotvary znovu splynou v dnes pozorovanou výslednou formu s absorpčními chvosty prozrazujícími předchozí bouřlivé hvězdotvorné období. Zdroj: Arxive.

Příčinou vzniku extrémně svítivé infračervené galaxie (ULIRGULIRG – Ultra Luminous InfraRed Galaxies, velmi jasné galaxie zářící převážně v infračervené části spektra. Galaxie ULIRG byly poprvé popsány v roce 1972 a soustavně objevovány družicí IRAS v roce 1983. Další vlna sledování probíhá dnes – pomocí dalekohledu SST (Spitzer Space Telescope). Zdá se, že galaxie ULIRG jsou ve vesmíru stejně četné jako kvasary. Nejbližší je Arp 220 (vzdálenost 250×10⁶ l.y.) v souhvězdí Hada. Je stokrát svítivější než naše Galaxie, maximum má ale v IR oboru. Blízké galaxie ULIRG pravděpodobně vznikly srážkou galaxií, během které se začaly rychle tvořit nové hvězdy. Vzdálenější obří galaxie ULIRG by mohly být předchůdci kup galaxií.) by mohlo být splynutí velkých struktur v galaktickém měřítku. Je možné, že zde přímo pozorujeme srážející se kvazaryKvazar – objekty objevené v roce 1963, mají malé úhlové rozměry (<1″) a obrovský zářivý výkon v celém spektru (10³⁵ až 10⁴⁰ W). Kvazary se nacházejí ve velkých kosmologických vzdálenostech, jejich světlo je poznamenáno rozpínáním vesmíru a jejich spektrum je výrazně posunuté k červenému konci. Energetická bilance odpovídá vyzařování celých galaxií. Jde o zárodky budoucích galaxií, v jejichž středu se nachází obří černá díra s charakteristickým výtryskem hmoty. nebo aktivní galaktická jádraAGN – Active Galactic Nuclei, aktivní jádra galaxií. Tato jádra produkují netepelné pulzní UV a RTG záření, v centru sídlí velmi hmotná černá díra obklopená akrečním diskem (n ~ 10¹⁶ cm^-3, T ~ 10⁵ K, B ~ 0,2 T). Přepojení silokřivek magnetického pole je doprovázeno ohřevem elektronů až na 10⁹ K a rentgenovým či gama zábleskem. Existuje celá řada galaxií s aktivními jádry, například Seyfertovy galaxie, linery, blazary a kvazary.. Nezodpovězenou otázkou ale prozatím zůstává, kolik jednotlivých prvotních členů se musí sloučit a o jaké typy galaxií jde, aby vznikly pozorované struktury. Absorpční chvosty uvnitř struktury Arp 220 jsou stopou po události, která byla velmi komplikovaná a s vysokou pravděpodobností probíhala v několika fázích. Nejprve bylo nutné nastartovat překotnou hvězdotvorbu a teprve později se rozžehnutá aktivní galaktická jádra či kvazary slučovaly dál do vývojově pozdějších typů pozorovaných dnes jako tzv. ULIRGULIRG – Ultra Luminous InfraRed Galaxies, velmi jasné galaxie zářící převážně v infračervené části spektra. Galaxie ULIRG byly poprvé popsány v roce 1972 a soustavně objevovány družicí IRAS v roce 1983. Další vlna sledování probíhá dnes – pomocí dalekohledu SST (Spitzer Space Telescope). Zdá se, že galaxie ULIRG jsou ve vesmíru stejně četné jako kvasary. Nejbližší je Arp 220 (vzdálenost 250×10⁶ l.y.) v souhvězdí Hada. Je stokrát svítivější než naše Galaxie, maximum má ale v IR oboru. Blízké galaxie ULIRG pravděpodobně vznikly srážkou galaxií, během které se začaly rychle tvořit nové hvězdy. Vzdálenější obří galaxie ULIRG by mohly být předchůdci kup galaxií. galaxie. Časové měřítko dnes pozorovaných pohybů a dějů v Arp 220 je do minulosti odhadnutelné na jednu miliardu roků. Znamená to, že podobné struktury, které pozorujeme ve větších vzdálenostech a díky tomu i mnohem menších detailech, měly ve srovnání se stářím vesmíru dostatek času narůst z velmi malých drobků do dnešních velkých rozměrů.

Odkazy

Fórum – diskuze k tomuto bulletinu