Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics)
Číslo 25 – vyšlo 21. června, ročník 22 (2024)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Podivná záře z Kupy galaxií v Perseu

Petr Kulhánek

O skvělé observatoři Euclid, která má na starosti celooblohové přehlídky ve vizuálním a infračerveném oboru jsme informovali v Adebaran bulletinu AB 21/2023. Sonda v první fázi práce zobrazila svými přístroji některé zajímavé objekty. Mezi nimi byla i Kupa galaxií v Perseu, v níž byl patrný podivný difúzní (všudypřítomný) svit nejasného původu. Současná analýza naměřených dat prováděná mezinárodní skupinou vědců s centrem v Institutu Maxe Plancka pro mimozemskou fyziku (MPEMPE – Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, pobočka německého Ústavu Maxe Plancka zaměřená na kosmickou fyziku se sídlem v Garchingu u Mnichova.) dospěla k závěru, že svit způsobují kulové hvězdokupyKulová hvězdokupa – systém obsahující statisíce až miliony hvězd, držený pohromadě gravitací. Hvězdy v kulových hvězdokupách neobsahují prakticky žádné těžší prvky, a jsou proto velmi staré, nezřídka 12 až 13 miliard roků. Vznikly z prvotního plynu – vodíku a hélia v zárodcích budoucích galaxií. Většina kulových hvězdokup, které pozorujeme, je součástí naší Galaxie. Nejsou vázány na plochý podsystém, ale na celé galaktické haló. volně se toulající napříč celou kupou.

Observatoř Euclid v Lagrangeově bodě L2. Zdroj: ESA/Euclid

Kupy galaxií – největší gravitačně vázané objekty ve vesmíru tvořené třemi hlavními složkami:
– stovkami galaxií obsahujícími hvězdy, plyn a prach,
– obrovskými mraky horkých plynů,
– temnou hmotou zatím neznámé povahy.
Galaxie se liší svou strukturou (spirální, eliptické, nepravidelné,…), vyzařovaným výkonem (neaktivní, radiové, Seyfertovy,…) a zejména svojí hmotností. Hmotnost je miliardy až stovky miliard Sluncí.

Kulová hvězdokupa – systém obsahující statisíce až miliony hvězd, držený pohromadě gravitací. Hvězdy v kulových hvězdokupách neobsahují prakticky žádné těžší prvky, a jsou proto velmi staré, nezřídka 12 až 13 miliard roků. Vznikly z prvotního plynu – vodíku a hélia v zárodcích budoucích galaxií. Většina kulových hvězdokup, které pozorujeme, je součástí naší Galaxie. Nejsou vázány na plochý podsystém, ale na celé galaktické haló.

Trpasličí galaxie – objekt sestávající z hvězd a mezihvězdné látky. Jsou v něm zastoupeny hvězdy v různých fázích hvězdného vývoje. Trpasličí galaxie jsou často gravitačně vázány na velké spirální galaxie a jejich hmotnost dosahuje až setiny hmotnosti mateřské galaxie, zpravidla je v rozmezí 10⁹÷10¹⁰ M_S. Jde o celkovou hmotnost, tj. atomární látku i temnou hmotu. Poměr obou složek se liší případ od případu. Objekty jsou často nepravidelného tvaru. U sférických trpasličích galaxií je často nejasné, zda nejde o větší kulovou hvězdokupu. Také existují samostatné trpasličí galaxie v mezigalaktickém prostoru, které hojně obsahují kulové hvězdokupy.

První fotografie

Observatoř Euclid byla vynesena na oběžnou dráhu dne 23. července 2023, poté měsíc cestovala do Lagrangeova bodu L2Lagrangeovy body – pět bodů v sousedství dvou obíhajících hmotných těles, ve kterých je gravitační a odstředivá síla vyrovnána. Polohu těchto bodů poprvé vypočítal italsko-francouzský matematik Joseph-Louis Lagrange. Velmi výhodné je například umístění sond určených k pozorování vzdáleného vesmíru do Lagrangeova bodu L2 soustavy Země-Slunce, který je vzdálený od Země 1 500 000 km ve směru od Slunce (WMAP, Planck, Herschel). Naopak, do bodu L1 soustavy Země-Slunce se umísťují sondy určené pro monitorování Slunce (například SOHO). Lagrangeův bod L3 soustavy Země-Slunce leží opačné straně Slunce, nepatrně dále, než je oběžná dráha Země. Body L4 a L5 neleží na spojnici obou těles, ale tvoří s nimi rovnostranné trojúhelníky., kde má nerušený výhled do hlubokého vesmíru. Připojila se k momentálně aktivní observatoři GaiaGaia – sonda Evropské kosmické agentury mající za úkol zpřesnit polohu zhruba miliardy hvězd naší Galaxie. Byla vypuštěna nosnou raketou Sojuz dne 19. prosince 2013 z kosmodromu v Kourou ve Francouzské Guyaně. Svá měření provádí v libračním (Lagrangeově) bodě L2 soustavy Slunce-Země. Její vývoj stál 650 milionů eur. a k Dalekohledu Jamese WebbaJWST – James Webb Space Telescope, vesmírný dalekohled Jamese Webba, následovník Hubblova dalekohledu připravený třemi kosmickými agenturami: americkou NASA, evropskou ESA a kanadskou CSA. Dalekohled vynesla do vesmíru evropská nosná raketa Ariane na konci roku 2021. Je umístěn v Lagrangeově bodě L2 soustavy Země-Slunce. Průměr segmentovaného zrcadla je 6,5 m. Dalekohled je pojmenován po řediteli NASA, který Ameriku úspěšně dovedl k přistání na Měsíci. Dalekohled Jamese Webba je určený primárně pro pozorování v infračerveném oboru., které jsou také na Lussajousově orbitě kolem bodu L2 Země-Slunce. Euclid má na palubě skvělé přístroje jak pro vizuální (širokoúhlá kamera s rozlišením 600 milionů pixelů), tak pro infračervený obor (viz AB 21/2023). V optickém oboru je observatoř srovnatelná s Hubblovým 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 přesnějšímu určení Hubblovy 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., v kombinaci s infračerveným oborem jde o soustavu přístrojů, která nemá obdoby. Observatoř rutinně skenuje oblohu, pořizuje data o miliardách galaxií z více než jedné třetiny celé oblohy. Tuto systematickou práci observatoř započala 24. května 2024. Do té doby pořizovala snímky jednotlivých zajímavých objektů, které svou kvalitou předčily veškerá očekávání. První várka tzv. ERO snímků (Early Release Observations) byla zveřejněna 7. listopadu 2023, poslední v květnu 2024. Jde o snímky nejrůznějších objektů, od mlhovin přes jednotlivé hvězdy a hvězdokupy až po kupy galaxií. Cenná data se v současnosti zpracovávají a jsou obsahem řady publikací. V dnešním bulletinu se zaměříme na snímek Kupy galaxií v Perseu.

Prvních 10 snímků pořízených observatoří Euclid. Každý z nich má 600 megapixelů.
Snímek Kupy galaxií v Perseu je vpravo nahoře. Zdroj: ESA/Euclid.

Kupa galaxií v Perseu

Kupa galaxií v Perseu je největší galaktickou kupou v našem okolí do vzdálenosti 240 milionů světelných roků. Má hmotnost 650 bilionů Sluncí (650×10¹² M_S) a obsahuje tisíce galaxií. V těchto měřítkách je Galaxie v AndromeděAndromeda – Velká galaxie v Andromedě, spirální galaxie vzdálená od nás přibližně 2,5 milionu světelných roků. Svým tvarem a velikostí odpovídá naší Galaxii, je jen o něco málo větší. Jako galaxii tento objekt rozlišil Edwin Hubble v roce 1923. Šlo o první galaxii detekovanou po naší Mléčné dráze. Za přibližně 4 miliardy let se Andromeda srazí s naší Galaxií a obě galaxie splynou., která je ve vzdálenosti 2,5 milionů světelných roků, objektem v našem nejbližším sousedství. Není proto divu, že observatoř Euclid byla hned při pořizování prvních snímků namířena na obří Kupu galaxií v Perseu. Kromě běžných galaxií nejroztodivnějších tvarů vědce na snímku zarazil všudypřítomný svit mezigalaktického prostoru. V infračerveném oboru je sice stotisíckrát slabší než pozemské infračervené pozadí, ale v obrovském objemu kupy jde o 20 procent veškerého zářivého výkonu kupy. Původ tohoto záření zůstával po mnoho měsíců velkou záhadou.

Kupa galaxií v Perseu. Dvě nejjasnější eliptické galaxie nacházející se poblíž středu kupy jsou NGC 1275 (nalevo) a NGC 1272 (napravo). Černou barvou je znázorněn difúzní svit kupy. Zdroj: ESA/Euclid, MPE.

Naměřená data vyhodnocoval tým 191 vědců ze 117 institucí z celého světa. Výsledkem je publikace [1] pro časopis Astronomy & Astrophysics, která právě nyní prochází recenzním řízením. Autoři na snímku identifikovali 50 000 kulových hvězdokupKulová hvězdokupa – systém obsahující statisíce až miliony hvězd, držený pohromadě gravitací. Hvězdy v kulových hvězdokupách neobsahují prakticky žádné těžší prvky, a jsou proto velmi staré, nezřídka 12 až 13 miliard roků. Vznikly z prvotního plynu – vodíku a hélia v zárodcích budoucích galaxií. Většina kulových hvězdokup, které pozorujeme, je součástí naší Galaxie. Nejsou vázány na plochý podsystém, ale na celé galaktické haló., které nejsou součástí galaxií, jak by se slušelo a patřilo, ale volně se prohánějí v mezigalaktickém prostoru. Kulové hvězdokupy jsou za normální situace na periferii galaxií (říkáme, že jsou součástí kulového podsystému). Slapové síly působící ve velké vzdálenosti od středu mateřské galaxie je mohou osvobodit z gravitačního zajetí a taková hvězdokupa se poté ocitne na samostatné dráze v prostoru mezi galaxiemi. Padesát tisíc nalezených hvězdokup je už dostatečně velký statistický vzorek, z něhož se ukázalo, že rozložení kulových hvězdokup dobře koresponduje s difúzním svitem mezigalaktického prostoru. Je tedy vysoce pravděpodobné, že dominantním zdrojem tohoto svitu jsou právě samostatně se toulající kulové hvězdokupy. Všechny kulové hvězdokupy jsou složeny z velmi starých hvězd s nízkou metalicitouMetalicita – obsah kovů. V astronomii se tak označují veškeré prvky těžší než vodík a helium., která umožňuje podle spektra kulovou hvězdokupu relativně snadno identifikovat.

S rostoucí vzdáleností od středu kupy také roste počet různých trpasličích galaxiíTrpasličí galaxie – objekt sestávající z hvězd a mezihvězdné látky. Jsou v něm zastoupeny hvězdy v různých fázích hvězdného vývoje. Trpasličí galaxie jsou často gravitačně vázány na velké spirální galaxie a jejich hmotnost dosahuje až setiny hmotnosti mateřské galaxie, zpravidla je v rozmezí 10⁹÷10¹⁰ M_S. Jde o celkovou hmotnost, tj. atomární látku i temnou hmotu. Poměr obou složek se liší případ od případu. Objekty jsou často nepravidelného tvaru. U sférických trpasličích galaxií je často nejasné, zda nejde o větší kulovou hvězdokupu. Také existují samostatné trpasličí galaxie v mezigalaktickém prostoru, které hojně obsahují kulové hvězdokupy., které jsou nedílnou součástí každé kupy galaxií. Výše zmíněný tým na pořízeném snímku identifikoval 1 100 takových trpasličích galaxií. V trpasličích galaxiích bývají dominantní složkou kulové hvězdokupy, takže by trpasličí galaxie mohly sloužit jako další zdroj difúzního svitu Kupy galaxií v Perseu. Podle provedeného výzkumu jde ale až o zdroj druhotný, základním zdrojem jsou volně se toulající kulové hvězdokupy v prostoru mezi galaxiemi. Zdá se, že jedna ze záhad, na kterou upozornil snímek observatoře Euclid, byla úspěšně vyřešena.

Identifikace kulových hvězdokup v oblasti vzdálené 55 tisíc světelných roků jihovýchodně od galaxie NGC 1275. Nalevo je pohled z Kanadsko-francouzského dalekohledu, napravo je stejné pole zobrazené ve světelném oboru observatoří Euclid. Zdroj: ESA/Euclid.

Některé z trpasličích galaxií objevených observatoří Euclid.
Zdroj: ESA/Euclid, LMU, MPE.

Odkazy