Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 2 – vyšlo 9. ledna, ročník 13 (2015) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

2/2015

Gioiello – klenot v souhvězdí Velryby

Ivan Havlíček

Raný vesmír v době krátce po svém vzniku byl ve srovnání s vesmírem dnešním v mnohém odlišný. Dnes je vesmír starý zhruba 13 800 milionů roků, je poměrně chladný a v našem galaktickém okolí plují v temné vesmírné prázdnotě velké hvězdné ostrovy, kterým říkáme 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.. Galaxie nalézáme ve skupinách označovaných galaktické kupyKupy 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.. Vývoj velkorozměrových struktur lze úspěšně sledovat právě na galaktických kupách. Jelikož při zvětšujících se vzdálenostech současně putujeme v čase směrem k počátečním vesmírným obdobím, čím je od nás taková kupa vzdálenější, tím je současně součástí mnohem mladšího vesmíru. Ty nejvzdálenější galaktické kupy proto měly na své utváření nejméně času a můžeme v nich pozorovat mnohem mladší hvězdné ostrovy, než jaké poletují v blízkosti Místní skupiny galaxií. Studiem velmi vzdálených galaktických kup je možné domýšlet za jakých podmínek a z čeho se utvořily dnešní blízké velké galaxie čítající stovky miliard hvězd a obrovská oblaka mezihvězdné látky. V raném vesmíru bylo na veškeré množství látky mnohem méně místa, galaxie musely být blíže sobě a mezigalaktické prostředí bylo hustší a teplejší, než jaké pozorujeme dnes. Přiblížit se dějům, které se za takových podmínek mohly odehrávat, nám pomáhají matematicko-fyzikální simulacePočítačová simulace – napodobení skutečnosti pomocí numerického výpočtu, nezbytná součást modelování fyzikálních procesů. Dokáže na základě sofistikovaných algoritmů předpovědět jak kvantitativní, tak kvalitativní výsledky pokusů při různých počátečních podmínkách. Umožňuje omezit výběr jevů, které celý pokus ovlivňují nejvíce, a tím vysvětlit příčiny a podstatu procesů., které jsou prováděny na nejvýkonnějších superpočítačích současné doby.

Vývoj prostorového výseku o velikosti 10 MpcParsek – pc, paralaktická sekunda, astronomická jednotka vzdálenosti. Jde o vzdálenost, ze které je vidět střední vzdálenost Země-Slunce (jedna astronomická jednotka) pod úhlem jedné obloukové vteřiny. Měří se kolmo k zornému paprsku. Číselně je 1 pc = 30×10¹² km, což je zhruba 3,26 světelného roku. Často používanými násobky jsou kiloparsek (kpc) a megaparsek (Mpc). zobrazený dosud nejpodrobnější simulací Illustris od konce temného věku vesmíru, kdy se začaly rodit prvé svítící objekty a vesmír byl stár zhruba 400 milionů roků, až do současnosti. Zobrazeny jsou vyvíjející se struktury baryonové látky ovlivněné rozložením temné hmoty. Postupně se také mění teplota mezigalaktického plynu a jeho metalicitaMetalicita – obsah kovů. V astronomii se tak označují veškeré prvky těžší než vodík a helium.. Modrá barva znázorňuje nejchladnější oblasti, zelená teplejší a nejžhavější místa jsou zabarvena bíle. Podrobnější komentář lze nalézt například v [6]. Zdroj: Projekt Illustris. (mp4/h264, 27 MB)

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. V centrech většiny galaxií se nacházejí obří černé díry. 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. Chandra – družicová observatoř NASA zkoumající vesmír v rentgenovém oboru. Byla vypuštěna v roce 1999. Na palubě observatoře je rentgenový dalekohled o průměru 1,2 m a ohniskové vzdálenosti 10,05 m, tvořený čtyřmi soubory souosých paraboloidně-hyperboloidních zrcadel o délce 0,85 m, se zorným polem o průměru 1,0° a s rozlišením 0,5″.

Rentgenovou observatoří ChandraChandra – družicová observatoř NASA zkoumající vesmír v rentgenovém oboru. Byla vypuštěna v roce 1999. Na palubě observatoře je rentgenový dalekohled o průměru 1,2 m a ohniskové vzdálenosti 10,05 m, tvořený čtyřmi soubory souosých paraboloidně-hyperboloidních zrcadel o délce 0,85 m, se zorným polem o průměru 1,0° a s rozlišením 0,5″. byl objeven olbřímí shluk galaxií v raném vesmíru. Nově objevená galaktická kupa označená XDCP J0044.0-2033 v souhvězdí Velryby byla pojmenována Gioiello. Gioiello znamená klenot, ozdoba nebo také šperk. Stejným jménem se ale pyšní současně i vila poblíž Florencie, v níž strávil poslední roky svého života v domácím vězení Galileo Galilei. Kupa Gioiello má červený kosmologický posuvKosmologický posuv – posuv spektrálních čar k červenému konci spektra díky rozpínání vesmíru. Při rozpínání dochází nejen ke vzájemnému vzdalování galaxií, ale i k prodlužování vlnových délek záření. Spektrum vzdálených objektů ve vesmíru se tak jeví posunuté směrem k červené až infračervené oblasti. Kosmologický červený posuv je definován předpisem z = (λ − λ₀)/λ₀, kde λ₀ je vlnová délka spektrální čáry v okamžiku vyslání paprsku, λ je vlnová délka téže spektrální čáry v okamžiku zachycení paprsku. Malé kosmologické červené posuvy lze interpretovat pomocí Dopplerova jevu. U velkých posuvů závisí vzdálenost objektu na parametrech expanze vesmíru (Hubbleově konstantě, křivosti, procentuálním zastoupení temné energie atd.) a není jednoduché z naměřeného kosmologického posuvu vzdálenost přesně určit. Proto se většinou časové období udává pouze hodnotou naměřeného kosmologického posuvu. z = 1,579 a vzdálenost cca 9,6 miliardy světelných roků. Kupu Gioiello pozorujeme ve věku 800 milionů roků, kupa se mohla začít utvářet někdy v době 3,3 miliardy roků po velkém třesku. Rozpoznatelný obraz kupy Gioiello zabírá na obloze oblast o velikosti poloměru 44″, což v této vzdálenosti odpovídá 375 kpc. Z naměřených údajů byly stanoveny vlastnosti mezigalaktického prostředí kupy a z nich pak určena hmotnost celé struktury. V oblasti o poloměru zhruba 240 kpc by mohla hmotnost útvaru dosahovat 1,23^+0,46_−0.27×10¹⁴ M_S. Extrapolací do velikosti poloměru až 560 kpc by celková hmotnost kupy Gioiello vzrostla až na 3,2^+0.9_−0,6×10¹⁴ M_S. V tak obrovské vzdálenosti jde o bezprecedentně největší galaktickou kupu, která byla až dosud objevena. Celková expoziční doba potřebná pro získání obrazu kupy Gioiello odpovídá 104 hodinám a 13 minutám. Chandra dosud nezobrazila nic tak rozsáhlého ve větší vzdálenosti než 8 miliard světelných rokůSvětelný rok (ly) – vzdálenost, kterou světlo ve vakuu urazí za jeden rok, 1 ly = 9,46×10¹² km.. Za největší galaktickou kupu v nám dostupném vesmíru je považován objekt ACT-CL J0102-4915 v souhvězdí Fénixe známý pod jménem El Gordo, což by v češtině mohlo znamenat třeba Cvalík. Kupa El Gordo měří 7,72 milionů světelných roků a je od nás vzdálena 7,2 miliardy světelných roků. Hmotnost El Gordo je odhadována na 3×10¹⁵ M_S.

Snímek oblasti XDCP0044 ve viditelném světle s vyznačením obrysu kupy Gioiello zachycené observatoří Chandra. Jednotlivé křivky odpovídají oblastem zvyšující se intenzity RTG obrazu. Do snímku je promítnut kruh o poloměru 44″ odpovídající ve vzdálenosti z = 1,58 poloměru 375 kpc. Zdroj: ArXiv.

Snímky galaktické kupy XDCP J0044.0-2033 Gioiello. Snímek v rentgenovém oboru byl pořízený observatoří Chandra, v infračerveném světle vesmírným teleskopem Herschel a snímek ve viditelném světle zachytily dalekohledy Subaru a VLT. Velký snímek je kompozicí všech tří spektrálních oken. Zdroj: Chandra.

Dosud předpokládáme, že z takto objemově rozsáhlých a hmotných galaktických kup pozorovatelných v mladém vesmíru se do současnosti vyvinula tenká velkorozměrová vlákna a galaktické stěny, které pozorujeme v našem okolí. V místním vesmíru jsou ale struktury velkých měřítek poznamenány dlouhým vývojem. Poměrně nedávno byly nalezeny hranice mezi místními gravitačně a tedy i pohybově vázanými největšími vesmírnými strukturami. Podrobněji se tomuto určení hranic mezi místními galaktickými kupami věnuje článek Laniakea v AB 38/2014. Otázkou pro budoucí podrobnější výzkum zůstává, zda se tyto dnes nejvzdálenější kompaktní galaktické kupy mohou postupně vyvíjet také do obdobných útvarů, jaké jsme rozeznali v naší bezprostřední blízkosti. Laniakea obsahuje látku odpovídající zhruba 10¹⁷ hmotností slunečních. Hmotnostně jde tedy ve vzdáleném vesmíru o celky, jejichž spojováním by dnešní stavba vesmíru mohla po několika miliardách roků vyrůst.

El Gordo je nejrozsáhlejší a nejhmotnější galaktickou kupou ve vzdáleném vesmíru. Struktura je rozměrově velká 7,72 milionů světelných roků a je od nás vzdálena 7,2 miliardy světelných roků. Hmotnost El Gordo je odhadována na 3×10¹⁵ M_S. Snímky byly získány observatořemi Chandra a HST. (mp4/h264, 4 MB)

Odkazy