Dávná historie naší rodné Galaxie

Bohužel, hvězdy nemají vystaven vlastní rodný list. A tak musí astronomové velmi pracně zjišťovat jejich věk. Znalost stáří hvězd je rozhodující pro zjištění, jakým způsobem naše Galaxie zvětšovala své rozměry v průběhu věků v důsledku pohlcování menších galaxií.

Jason Kalirai (Space Telescope Science Institute a Johns Hopkins University's Center for Astrophysical Sciences, Baltimore, Maryland) objevil nejlepší způsob vystavení „rodného listu“ hvězdám. Použitím nového postupu sondoval „vyhořelé“ pozůstatky hvězd podobných Slunci, tzv. bílé trpaslíky, ve vnitřních oblastech halo obklopující naši Galaxii. Toto halo je ve skutečnosti sférický oblak hvězd obklopující galaktický disk.

Stáří těchto hvězd, jak bylo zjištěno na základě nového výzkumu, je asi 11,5 miliardy roků; jsou tedy mladší než první generace hvězd naší Galaxie. Vytvořily se asi 2 miliardy roků po vzniku vesmíru, jehož stáří bylo určeno na 13,7 miliardy let. Výzkumy, které provedl Jason Kalirai, posílily novou představu, že halo obklopující naši Galaxii má vrstevnatou strukturu, která se vytvořila postupně v průběhu miliard let.

„Jednou z důležitých otázek v astronomii je, kdy se vytvořily jednotlivé části naší Galaxie,“ říká Jason Kalirai. „Hvězdy podobné Slunci žijí miliardy let a jasně září, takže jsou mimořádně vhodné k nalezení stop dosavadního vývoje naší Galaxie v průběhu věků. Avšak největší překážkou k tomu je naše neschopnost přesně určit jejich stáří. V této studii jsem si vybral odlišnou cestu: studium hvězd na konci jejich života za účelem určení jejich hmotnosti a následného přiřazení těchto hmotností k věku jejich předchůdců. Stanovený původ těchto odumřelých hvězd a jejich hmotnosti umožňují mnohem snadnější určení věku než hvězdy podobné Slunci.“

Jason Kalirai se zaměřil na bílé trpaslíky v halo naší Galaxie, protože o těchto hvězdách se předpokládá, že byly mezi prvními „osadníky“ Galaxie. Některé z nich jsou téměř tak staré jako samotný vesmír. Tyto prastaré hvězdy poskytují fosilní záznamy o dětství Mléčné dráhy a informace o vzniku naší Galaxie a jejím postupném růstu. „Halo naší Galaxie představuje hlavní směr výzkumu, ve kterém rozplétáme otázky podobně jako v archeologii a určujeme, kdy a jaké procesy vzniku Galaxie můžeme očekávat,“ vysvětluje Jason Kalirai.

Bílí trpaslíci „prozradili“ svoje vlastnosti zcela otevřeně, protože mají velmi odlišné spektrální charakteristiky. Jason Kalirai analyzoval jejich vlastnosti na základě studia archivovaných spektroskopických záznamů pořízených pomocí dalekohledu Very Large Telescope (VLT) Evropské jižní observatoře ESO na Paranal Observatory v Chile. Spektroskopické rozložení světla na jeho základní barvy přináší informace o vlastnostech hvězd včetně jejich hmotnosti a teploty. Jason Kalirai ve své studii poprvé analyzoval spektra několika nově objevených bílých trpaslíků ve vnitřním halo naší Galaxie za účelem zjištění jejich přesné hmotnosti. „Nejteplejší bílí trpaslíci jsou pozůstalí hvězd podobných Slunci, které právě spotřebovaly své vodíkové palivo,“ vysvětluje Kalirai. „Hmotnosti těchto bílých trpaslíků jsou úměrné hmotnosti jejich předchůdců a tuto hmotnost můžeme použít ke stanovení věku rodičovských hvězd.“

K určení věku galaktického halo Kalirai porovnával hmotnosti hvězd vytvářejících halo s hmotnostmi šesti nedávno vzniklých bílých trpaslíků ve staré kulové hvězdokupě M 4. Naštěstí tato kulová hvězdokupa je častým cílem pro Hubblův kosmický dalekohled a astronomové spolehlivě určili její stáří na 12,5 miliardy roků. Kalirai objevil tyto hvězdy v závěrečném stadiu jejich vývoje společně s téměř 2000 bílých trpaslíků na archivních snímcích ve viditelném světle, které byly pořízeny kamerou ACS (Advanced Camera for Surveys) na palubě HST.

Stejnou techniku použil na porovnání bílých trpaslíků v halo Galaxie. Spektroskopická pozorování těchto „mrtvých“ hvězd pocházejí z W. M. Keck Observatory na Havajských ostrovech. Jejich měření ukázala, že bílí trpaslíci v halo jsou těžší než ti z kulové hvězdokupy M 4, z čehož vyplývá, že jejich předchůdci, z kterých se vyvinuli, byli rovněž hmotnější. Proto jsou tyto hvězdy mladší než stálice v M 4. Hmotnější hvězdy rychleji spotřebovávají vodíkové palivo, a tudíž se dožívají nižšího věku než méně hmotné hvězdy.

Ačkoliv Kalrai dospěl ke svým závěrům na základě malého vzorku hvězd, jeho nedávná práce nabízí vysvětlení, že halo naší Galaxie je tvořeno hvězdami dvou odlišných populací.

V souladu s výzkumem začalo budování Mléčné dráhy nejstaršími kulovými hvězdokupami a trpasličími galaxiemi, které vznikaly několik stovek miliónů roků po vzniku vesmíru a které nyní vytvářejí galaktické halo. Tyto populace se shlukovaly v průběhu miliard roků a postupně vytvářely strukturu Mléčné dráhy. Hvězdy ve vnitřním halo vznikly v průběhu této fáze vývoje. Naše Galaxie postupně pohltila starší trpasličí galaxie, které vznikly nejpozději 2 miliardy roků po velkém třesku. Jejich staré hvězdy se zabydlely na okraji halo a vytvořily jeho vnější část.

Kalirai doufá, že využije svůj nový postup na další bílé trpaslíky v halo a jeho pátrání pomůže odhalit dávnou historii naší Galaxie.

„Jedna z nejzajímavějších otázek týkajících se hvězd v oblasti vnitřního halo je, zda se všechny zrodily ve stejném časovém období, a nebo se vytvářely postupně,“ říká Kalirai. „Vzorek 20 až 30 bílých trpaslíků by umožnil zjistit, zda odvozené stáří z hmotností bílých trpaslíků spadá do rozpětí 11 až 13 miliard roků.“

Zdroj: http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2012/25/text/

autor: František Martinek