Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 39 – vyšlo 13. prosince, ročník 11 (2013) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

39/2013

WISE, bájný Fénix a prachoví psi

Petr Kulhánek

Americký infračervený dalekohled WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) byl vypuštěn na oběžnou dráhu kolem ZeměZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru. v prosinci 2009. Jeho průměr je 40 cm a pracuje v oblasti vlnových délek 3 až 25 μm. Konkrétní pásma mají středy na vlnových délkách 3,4 μm (W1), 4,6 μm (W2), 12 μm (W3) a 22 μm (W4). Základním cílem tohoto přístroje bylo pořídit rutinní přehlídku oblohy v infračervené oblasti a vytipovat zajímavé objekty pro větší přístroje. V letech 2010 až 2011 WISE udělal dvě kompletní přehlídky oblohy čítající miliony veřejně dostupných snímků. Před našimi zraky se vynořil neviditelný infračervený vesmír a astronomové zažili pocity člověka tápajícího v nočním černém lese po nasazení infračervených brýlí. WISE objevil tisíce planetekPlanetka – nesprávně asteroid, malé těleso o rozměrech maximálně stovek kilometrů na samostatné dráze kolem Slunce. Nejvíce planetek se nachází v tzv. Hlavním pásu mezi drahami Marsu a Jupiteru. Obdobná tělesa jsou i v Kuiperově pásu za drahou Neptunu., spatřil nejchladnější hvězdy ve vesmíru a objevil miliony obřích černých děrČerná díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v zá­vě­reč­ných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují. zahalených do prachových kokónů, které pohlcují světlo akrečního disku a opět ho vydávají v infračervené oblasti. Po splnění mise NASANASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. nepovolila její prodloužení a dne 17. února 2011 byl dalekohled hibernován. Jeho zakonzervování umožnilo případné pozdější probuzení. K tomu nakonec opravdu došlo, a to dne 21. srpna 2013. Dalekohled WISE povstal jako bájný Fénix a začal se opět rozhlížet v, pro nás neviditelném, infračerveném světě.

Umělecká představa dalekohledu WISE. Zdroj: NASA.

NASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. COSMOS – Cosmic Evolution Survey, přehlídka oblohy probíhající od roku 2002, které se účastní vesmírné observatoře od infračerveného po rentgenový obor (Spitzer, Hubble, GALEX, XMM-Newton a Chandra) a mnoho pozemských optických dalekohledů. Podrobně je sledováno čtvercové rovníkové pole o hraně 2°. Bylo detekováno přes dva miliony galaxií v nejrůznějších vývojových stádiích. Jde o největší přehlídku tohoto druhu. Černá díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v zá­vě­reč­ných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují. AGN – 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.

Přehlídka oblohy provedená dalekohledem WISE umožňila objevy objektů na všech škálách. Co se týče Sluneční soustavy, tak zde dominují objevy tisíců planetek. Dalekohled WISE například objevil trojanaTrojané – obecný název pro tělesa nacházející se v Lagrangeových bodech L4 a L5 soustavy Slunce-planeta. V těchto bodech tělesa samostatně obíhají Slunce a vyrovnává se zde odstředivá síla vzniklá oběhem s přitažlivými silami planety a Slunce. Lagrangeovy body L4 a L5 se nacházejí na dráze planety kolem Slunce, a to 60° před planetou a 60° za planetou. Lagrangeův bod (L4 nebo L5), planeta a Slunce tvoří rovnostranný trojúhelník. Trojané jsou v rezonančním pohybu 1:1 s oběžným pohybem planety. Tělesa v libračním bodě L4 soustavy Jupiter – Slunce se někdy označují jako „Řekové“ a tělesa v bodě L5 jako „Trojané“. 2010 TK₇, který letí kolem SlunceSlunce – nám nejbližší hvězda, tzv. hvězda hlavní posloupnosti, která se nachází ve vzdálenosti 149,6×10⁶ km od Země. Jde o žhavou plazmatickou kouli s průměrem 1,392×10⁶ km, teplotou na povrchu 5 780 K, teplotou v centru přibližně 15×10⁶ K a zářivým výkonem 3,846×10²⁶ W. Zdrojem energie je jaderná syntéza, při které se za každou sekundu sloučí v jádru Slunce 700 milionů tun vodíku na hélium. před ZemíZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru. – někdy se mu říká „druhý Měsíc“. O tomto zajímavém objektu jsme informovali v AB 26/2013. Na střední úrovní vzdáleností objevil dalekohled WISE extrémně chladné hvězdy balancující na pomezí obří planety a nepovedené hvězdy. Z hlediska vesmíru jako celku jsou ale nejvýznamnější objevy milionů černých děrČerná díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v zá­vě­reč­ných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují. v kosmologických vzdálenostech. Objekty, o kterých jsme si ještě před čtvrt stoletím mysleli, že jsou výjimečné, vyvstávají na snímcích z přístroje WISE jako zrnka máku rozsypaná po celém vesmíru.

Dalekohled WISE ukázal, že vesmír je plný černých děr. Nalezl miliony kandidátů na obří černé díry v centrech galaxií. Kroužky na malém výseku oblohy znázorňují tyto kandidáty. Zdroj:  NASA/JPL-Caltech/UCLA.

„Podezřelé“ objekty byly sledovány mnoha dalšími přístroji – v infračerveném oboru Spitzerovým dalekohledemSST (Spitzer Space Telescope) – Spitzerův vesmírný dalekohled. Kosmická observatoř NASA pracující v infračerveném oboru, která byla vynesena na oběžnou dráhu v srpnu 2003 nosnou raketou Delta 7920H ELV. Zrcadlo má průměr 85 cm. Přístroje byly chlazeny kapalným heliem na teplotu 5,5 K do roku 2009. Pozorovací spektrální rozsah byl v období chlazení 3÷180 μm. Od roku 2009 pracuje dalekohled v „teplém“ režimu – teplota celého dalekohledu je cca 30 K a  pracuje jen přístroj IRAS na vlnových délkách 3,6 μm a 4,5 μm. Program observatoře má na starosti California Institute of Technology., ve viditelném oboru Hubbleovým dalekohledemHST (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., z pozemských přístrojů byly do pozorování zahrnuty: Keckovy dalekohledyKeck – Dvojice obřích, pohyblivých segmentovaných dalekohledů. Jsou umístěny na hoře Mauna Kea na Havajských ostrovech v nadmořské výšce 4 123 metrů. Každé zrcadlo je tvořeno 36 šestiúhelníkovými segmenty a má průměr 10 metrů. Keckovy dalekohledy byly uvedeny do provozu v letech 1993 a 1996. na Mauna Kea, GeminiGemini – dvě observatoře se zrcadly o průměru 8,1 m. Na severní polokouli je Gemini-N (Mauna Kea, Havaj, 4 100 m) a na jižní polokouli Gemini-S (Cerro Pachón, Chille, 2 737 m). Oba dalekohledy byly uvedeny do provozu v roce 2000 a využívají, tak jako všechny současné velké dalekohledy, systém adaptivní optiky. v Chille, Haleův pětimetr na Mt. Palomar v USA nebo dalekohled MMT v Arizoně. Nejdůležitější bylo vyhledávání objektů v přehlídce COSMOSCOSMOS – Cosmic Evolution Survey, přehlídka oblohy probíhající od roku 2002, které se účastní vesmírné observatoře od infračerveného po rentgenový obor (Spitzer, Hubble, GALEX, XMM-Newton a Chandra) a mnoho pozemských optických dalekohledů. Podrobně je sledováno čtvercové rovníkové pole o hraně 2°. Bylo detekováno přes dva miliony galaxií v nejrůznějších vývojových stádiích. Jde o největší přehlídku tohoto druhu., která je největším současným projektem monitorujícím na malé části oblohy miliony galaxií v nejrůznějších vývojových stadiích. Nejhmotnější objevené černé díry měly hmotnost přibližně miliardy Sluncí, nejvzdálenější se nacházejí 10 miliard světelných roků daleko. Do těchto obřích černých děr, jež sídlí v centrech galaxií, padá po spirále materiál, který se zahřívá a vytváří kolem nich horký svítící plazmatický disk (tzv. akreční disk). U mnoha pozorovaných objektů je kolem akrečního disku hustý prachový obal. Celá černá díra je tak zahalena do prachového obalu, který znemožňuje pozorování v optickém oboru. Prachový obal pohltí záření akrečního disku a vyzáří ho v infračerveném oboru. A právě zde je jedinečná role přístroje WISE, který umožňuje mapovat miliony takových objektů. Jen některé z nich jsou poté zkoumány podrobněji dalšími přístroji. Z analýzy těchto detailních pozorování se ukázalo, že u některých vzdálených galaxií se nachází obří černá díra už v období před formováním hvězd. Je tedy možné, že jsme konečně na stopě mnohaleté hádance: Existovala nejprve černá díraČerná díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v zá­vě­reč­ných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují., kolem níž vznikla galaxieGalaxie – 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. V centrech většiny galaxií se nacházejí obří černé díry., nebo byla nejprve galaxie a v jejím nitru postupně vznikala černá díra? Problém slepice a vejce v této nové podobě možná bude mít brzké řešení. Prachem zahalené černé díry se označují zkratkou DOG (Dust Obscured Galaxy), která znamená pes, jde tedy doslova o „prachové psy“.

Další překvapení přinesl na počátku prosince 2013 objekt s označením WISE J233237.05-505643.5. Při podrobnější prohlídce dalekohledem Gemini v Chille a australskou kompaktní sítí dalekohledů ATCA se ukázalo, že výtrysk z obří černé díry je podivně zprohýbán a objekt má podvojný charakter. Zdá se, že jde o dvojici těsně obíhajících černých děr, které se vzájemně ovlivňují, ztrácejí energii vyzařováním gravitačních vln a v astronomicky blízké době mohou splynout.

Čtveřice kandidátů na obří černé díry zahalené v jádrech galaxií do prachového obalu byly vyfotografovány kamerou ACS na Hubbleově dalekohledu v rámci přehlídky COSMOS. Šířka zobrazeného pole je 4″. Zdroj: COSMOS/HST.

Probuzení dalekohledu WISE z hibernovaného stavu se nepochybně vyplatilo a oživený přístroj začal chrlit jeden výsledek za druhým. Místo závěru si prohlédněte zajímavý snímek z 12. prosince 2013. Je na něm dobře známá mlhovina Helix nacházející se kolem umírající hvězdy. Žluté čárky zdánlivě narušující snímek nejsou žádnými škrábanci či kazy, ale jde o stopy planetek z naší Sluneční soustavy, které přecházejí mezi námi a mlhovinou.

Žluté přerušované čárky jsou palnetky z naší Sluneční soustavy, které přecházejí
přes mlhovinu Helix. Zdroj: NASA/JPL-Caltech/WISE.

Odkazy