Astronomové vrhli nové světlo na pohyb hvězd v galaktickém disku

Astrofyzikové z University of Arkansas uskutečnili významný pokrok v objasnění záhady, jak si disky v galaxiích zachovávají tvar svých spirálních ramen. Jejich objev podporuje teorii, podle níž tato ramena vznikají v důsledku hustotních vln hmoty, která vytváří spirální strukturu při svém putování napříč galaxií. „Struktura spirálních ramen v discích galaxií je záhadou,“ říká Ryan Miller, hostující odborný asistent fyziky. „Nikdo neví, co určuje tvar těchto spirál a proč mají určitý počet ramen. Naše výzkumy poskytují jasnou odpověď alespoň na část této záhady.“

Asi 70 % všech galaxií včetně naší Mléčné dráhy obsahuje galaktické disky. Jsou charakteristické svými rameny spirálního tvaru, avšak astronomové si nejsou jisti, jak vznikají a jak si uchovávají svůj tvar.

Záhada má počátek v jednoduchém paradoxu: hvězdy v galaktickém disku obíhají kolem centra galaxie – tzv. galaktické výduti – a hvězdy blíže tomuto centru obíhají rychleji než vzdálenější hvězdy u okraje galaxie. Avšak pokud by spirální ramena byla složena z pevně zafixovaných skupin hvězd, skupiny ve vzdálenější poloze by absolvovaly větší vzdálenosti než hvězdy uprostřed, aby si uchovaly spirální uspořádání. Podobně například závodníci ve vnějším pruhu oválné dráhy musí běžet rychleji, aby si udrželi svoji polohu ve skupině.

Již v 60. letech minulého století astronomové navrhli „teorii hustotních vln“ k vysvětlení tohoto paradoxu. Teorie předpokládala, že spirální ramena v disku galaxií nejsou tvořena stálými shluky hvězd. Místo toho jsou tato ramena vlnami hustějších oblastí, které se pohybují skrz hvězdy. Hvězdy se pohybují podle fyzikálních zákonů a jak obíhají kolem centra galaxie, setkávají se s hustějšími oblastmi.

Mnoho astronomů přirovnávalo vlny hustější látky k dopravní zácpě, ve které je rychlost hvězd obíhajících po kruhové dráze kolem centra galaxie ovlivněna hustější hmotou stejným způsobem, jako když je jízda automobilu ovlivňována na přeplněné části silnice. Automobil zpomalí, když se dostane do dopravní zácpy a následně se pohybuje rychleji po překonání této situace. Hustější oblasti mají rovněž vliv na oblaka plynu, která přecházejí přes tuto oblast. Zhušťují se a jejich části se smršťují do nových hvězd.

Ryan Miller spolupracoval na výzkumu s dalšími kolegy, kterými byli: Julia a Daniel Kennefick, Rafael Eurfrasio, Douglas Shields, Mahamed Shameer Abdeen, Erik Monson, a Benjamin Davis. Jejich společná práce byla publikována v časopise Astrophysical Journal. Ryan Miller se svými spolupracovníky podpořil teorii hustotních vln pohledem na hvězdy odlišného stáří a porovnáním jejich poloh vůči centru hustotní vlny.

V souladu s touto teorií byli vědci schopni ukázat na každé rameno galaxie, kde rychlost pohybu hustotní vlny a rychlost pohybu hvězd je stejná. Jedná se o tzv. korotační poloměr. Hvězdy uvnitř korotačního poloměru by se měly pohybovat rychleji než hustotní vlna, protože se nacházejí blíže k centru galaxie. Proto se starší hvězdy dostanou dále dopředu a pohybují se z místa svého zrodu poblíž vlny. Na vnější straně korotačního poloměru, kde se hvězdy pohybují mnohem pomaleji než hustotní vlna, starší hvězdy zůstávají pozadu za hustotní vlnou.

Astronomové prozkoumali snímky galaxií v databázi NASA/IPAC Extragalactic Database, kterou spravuje NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) na California Institute of Technology (Caltech). Pro každou galaxii prozkoumali fotografie na různých vlnových délkách záření, což představuje hvězdy různého stáří. Zjistili, že každá skupina hvězd se zformovala ve spirálním rameni v nepatrně odlišném úhlu spirálního ramene ve vztahu k centru galaxie. Na základě porovnání těchto odlišných úhlů k úhlu tvořenému mezi centrem galaxie a hustotní vlnou ukázali, že poloha těchto skupin hvězd odpovídá předpovědi podle teorie hustotních vln.

Ačkoliv astronomové poskytli důkazy, proč si spirální ramena zachovávají svůj tvar, některé otázky zůstávají. Je snadné pochopit, proč dochází k dopravní zácpě, když dojde k nehodě automobilu, která sníží tři dopravní pruhy na jeden. Avšak určit, co vytváří hustotní vlny, tak to je stále ještě otevřenou otázkou.

Zdroj: https://phys.org/news/2019-04-disk-galaxies-movement-stars.html a https://news.uark.edu/articles/48017/research-on-disk-galaxies-sheds-light-on-movement-of-stars

autor: František Martinek