Mimořádně kompaktní galaxie v mladém vesmíru

Představte si, že obdržíte zprávu o narození dítěte, jehož míry jsou: délka je 51 cm a hmotnost 82 kg. Po přečtení tohoto záhadného sdělení si okamžitě pomyslíte, že údaj o hmotnosti je tisková chyba či překlep.

Astronomové, pozorující galaxie ve vzdálených oblastech vesmíru, obdrželi podobně zmatené informace, když objevili 9 velmi mladých a kompaktních galaxií, jejichž hmotnosti byly určeny na 200 miliard hmotností Slunce. Tyto galaxie, každá o průměru pouhých 5000 světelných let, mají pouze zlomek rozměru dnešních „dospělých“ galaxií, avšak obsahují přibližně stejné množství hvězd. Každá z těchto galaxií by se mohla nacházet uvnitř centrální výduti například naší Galaxie.

Astronomové použili Hubblův kosmický dalekohled HST na oběžné dráze kolem Země a dalekohled o průměru 10 m na W. M. Keck Observatory (Mauna Kea, Havaj) k pozorování galaxií ve stavu, v jakém existovaly před 11 miliardami roků, tedy v době, kdy vesmír byl teprve 3 miliardy let starý.

„Pozorované kompaktní galaxie jsou doposud záhadou,“ říká Pieter G. van Dokkum (Yale University, New Haven), který je hlavním autorem této studie. „V těchto vzdálenostech nebyly doposud pozorovány žádné hmotné galaxie, které by byly tak kompaktní. Není zcela jasné, jak mohly vyrůst do velkých galaxií, které můžeme pozorovat v současné době. Za uplynulých 11 miliard roků by se musely hodně změnit, aby se jejich průměr zvětšil 5krát. Mohly se zvětšit například při kolizích s jinými galaxiemi, avšak tyto srážky nedávají odpovědi na všechny otázky.“

K určení velikosti galaxií použili astronomové kameru NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer) na palubě HST. Pozorování pomocí Keckova dalekohledu byla uskutečněna za použití systému adaptivní optiky, kdy pomocí výkonného laseru (umělé hvězdy) byl mnohokrát za sekundu zjišťován stav zemské atmosféry a systém adaptivní optiky provedl definitivní zaostření optické soustavy dalekohledu. „Pouze pomocí HST a Keckova dalekohledu můžeme zjistit velikosti galaxií, neboť jsou velmi malé a nacházejí se velmi daleko,“ vysvětluje Dokkum.

„Na dřívějších snímcích z HST, označovaných jako Hubble Deep Field (HDF – Hubblovo hluboké pole), astronomové zjistili, že galaxie se vznikajícími hvězdami jsou velmi malé,“ říká Marijn Franx (Leiden University, Nizozemí). „Avšak tyto galaxie mají taky velmi malou hmotnost, která je mnohonásobně menší než hmotnost naší Galaxie. Náš nový výzkum, který se zaměřil na mnohem větší oblast než v případě HDF, k našemu překvapení ukázal, že galaxie stejné hmotnosti jako naše Mléčná dráha byly v minulosti mnohonásobně menší.“

Mimořádně husté galaxie mohou zahrnovat až polovinu všech galaxií těchto hmotností, vzniklých v době před 11 miliardami roků, které se staly základními stavebními bloky dnešních velkých galaxií. Alespoň se tak domnívá Pieter van Dokkum.

Jak mohly tyto husté a malé galaxie vzniknout? Jedna z možností podle van Dokkuma zahrnuje interakci temné hmoty a plynného vodíku v mladém vesmíru. Temná hmota je neviditelná forma hmoty, představující velkou část hmotnosti vesmíru. Krátce po velkém třesku (Big Bang) obsahoval vesmír nestejnoměrné oblasti temné hmoty. Plynný vodík byl tak uvězněn v ostrůvcích neviditelné hmoty a začal rychle kroužit v gravitačním víru temné hmoty, přičemž docházelo k překotnému vzniku hvězd.

Na základě hmotností galaxií, které byly určeny z jejich barvy, astronomové odhadli, že hvězdy obíhají kolem středu těchto galaxií rychlostí zhruba 400 až 500 km/s. Naproti tomu hvězdy v současných galaxiích obíhají přibližně poloviční rychlostí, protože dnešní galaxie jsou mnohem větší a rotují velmi pomalu ve srovnání s kompaktními galaxiemi.

Takovéto galaxie jsou ideálním cílem pro kameru WFC-3 (Wide Field Camera-3), která bude nainstalována na HST při následující (poslední) servisní misi raketoplánu koncem letošního roku. „Doufáme, že se nám podaří pomocí kamery WFC-3 objevit tisíce takovýchto galaxií. Snímky z HST společně s fotografiemi, pořízenými dalekohledem Keck, vybaveným laserovým systémem adaptivní optiky a dalšími velkými pozemními dalekohledy povedou k lepšímu pochopení vývoje galaxií v raném vesmíru,“ říká Garth Illingtworth (University of California, Santa Cruz a Lick Observatory).

Obrázek v titulu článku srovnává velikost naší Galaxie a mimořádně kompaktních galaxií, jaké existovaly v raném vesmíru. Přestože kompaktní galaxie mají ve srovnání s dnešními galaxiemi jen nepatrný rozměr, obsahují přibližně stejný počet hvězd.

Druhý ilustrační obrázek představuje pohled z hypotetické planety, obíhající kolem jedné z velkého počtu hvězd v kompaktní vzdálené mladé galaxii. Případní místní obyvatelé by mohli pozorovat pouhým okem 200krát více hvězd, než můžeme spatřit na noční obloze při pohledu ze Země.

Zdroj: http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2008/15/full/

autor: František Martinek