Jak galaxie hospodaří se stavebním materiálem?

Nová pozorování prostřednictvím Hubblova kosmického dalekohledu HST rozšířila znalosti astronomů o tom, jakým způsobem některé galaxie nepřetržitě recyklují nepředstavitelné objemy plynného vodíku a těžších chemických prvků. Tento proces umožňuje galaxiím vytvářet další generace hvězd v období trvajícím miliardy roků.

K tomuto závěru dospěli astronomové na základě série pozorování pomocí Hubblova kosmického dalekohledu při využití mimořádných schopností přístroje COS (Cosmic Origins Spectrograph) detekovat plyn v tzv. halo v okolí naší Galaxie a v okolí více než 40 dalších galaxií. Rovněž informace z pozemních dalekohledů (Havaj, Arizona, Chile) přispěly k výzkumu měřením vlastností uvedených galaxií.

Odlišné aspekty jevu označovaného jako recyklace plynu v galaxiích studovaly tři výzkumné týmy. Výsledky byly publikovány v samostatných článcích v časopise Science. Vedoucími týmů jednotlivých výzkumů byli: Nicolas Lehner, University of Notre Dame, South Bend, Indiana; Jason Tumlinson, Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland; Todd Tripp, University of Massachusetts, Amherst.

Pozorování vzdálených hvězd pomocí přístroje COS ukazují, že velmi hmotná oblaka plynů padají skrz obří halo naší Galaxie ke galaktickému disku, čímž doplňují potřebný materiál pro pokračující tvorbu hvězd. Tato oblaka horkého vodíku se nacházejí ve vzdálenosti zhruba 20 000 světelných roků od disku Mléčné dráhy a obsahují tak velké zásoby plynu, které by postačily k vytvoření až 100 miliónů hvězd o hmotnosti Slunce. Část tohoto plynu je již recyklovaným materiálem, který je nepřetržitě doplňován při formování hvězd a při explozích nov a supernov, které vyvrhují plyn obohacený o těžší chemické prvky zpět do oblasti galaktického hala.

Pozorování pomocí přístroje COS rovněž ukázala halo horkého plynu obklopujícího galaxie s překotnou tvorbou hvězd. Tyto oblasti bohaté na těžší prvky sahají do vzdáleností větších než 450 000 světelných roků. Je velmi překvapivé, jak velké množství těžších chemických prvků, objevených ve velké vzdálenosti od galaxií, se vrací zpět.

Astronomové rovněž zjistili, že takovýto plyn je téměř nepřítomný v okolí galaxií, ve kterých se již proces formování hvězd zastavil. V těchto galaxiích proces „vracení plynů“ podnítil v minulosti bouřlivý průběh vzniku hvězd, který mohl „rozfoukat“ zbývající plynný materiál, což vedlo k zastavení vzniku dalších hvězd pro nedostatek stavebního materiálu.

Pozorování prostřednictvím HST prokázala, že v těchto galaxiích probíhá tvorba hvězd vysokým tempem, snad až 100 hvězd velikosti Slunce za rok, což může vést k vyvržení plynu o teplotě dvou miliónů stupňů velmi daleko do intergalaktického prostoru rychlostí vyšší než 3 milióny km za hodinu. Tato rychlost je dostatečná k úniku z galaxie, přičemž tento plyn již nemá šanci vrátit se zpět do mateřské galaxie.

Protože horký plyn „vanoucí“ ven z galaxie není znám příliš dlouho, nová pozorování přístrojem COS na palubě HST odhalila, že proudy horkého plynu sahají mnohem dále, než se dosud předpokládalo. Tyto proudy mohou odnášet obrovské množství hmoty pryč z galaxie. Pozorování ukázala, jak se spirální galaxie s vysokou tvorbou hvězd mohou vyvinout do podoby eliptických galaxií, ve kterých již další tvorba hvězd neprobíhá.

Záření produkované touto horkou plazmou není pozorovatelné, a proto museli astronomové použít přístroj COS k zaznamenání přítomnosti plynu na základě pohlcení určitých barev světla (vlnových délek) vzdálených kvasarů. Kvasary jsou nejjasnějšími objekty ve vesmíru – jedná se o velmi jasná jádra aktivních galaxií obsahujících superhmotnou černou díru. Kvasary slouží jako vzdálená signální světla majáku, která prosvětlují na plyn bohatou „mlhu“ či horkou plazmu obklopující galaxie. Na vlnových délkách ultrafialového záření, na které je citlivý spektrograf COS, bylo možné určit přítomnost těžších chemických prvků, jako je například dusík, kyslík a neon. Vysoká citlivost spektrografu COS umožnila studovat mnoho galaxií, které se náhodou nacházely v jedné linii mezi HST a velmi vzdáleným kvasarem. Ionizované těžké prvky jsou ukazateli sloužícími k odhadu přítomného množství hmoty uvnitř hala jednotlivých galaxií.

Související články:
Chybějící hmota pro tvorbu hvězd objevena
Supernovy a galaktické fontány

Zdroj: http://www.spaceref.com/news/viewpr.html?pid=35276 a http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2011/37/

autor: František Martinek