Vědci zmapovali 130 milionů hvězd a odhalili skrytou mlhu vesmíru

Astronomové se při studiu nebeských objektů spoléhají na detailní pozorování, ale kosmický prach mění to, co vidíme, a hvězdy se tak zdají být červenější a matnější, než ve skutečnosti jsou. Aby bylo možné tuto skutečnost korigovat, musí vědci pochopit, jak prach interaguje se světlem.

Na publikovaném obrázku v úvodu článku červená barva označuje oblasti, kde extinkce klesá rychleji při dlouhých vlnových délkách (červený konec spektra), zatímco modrá barva označuje oblasti, kde extinkce závisí na vlnové délce méně. Oblasti s nedostatečnými údaji jsou znázorněny bíle. Šedé kontury ohraničují oblasti s vysokou hustotou prachu.

Na základě využití dat z mise ESA s názvem Gaia a spektroskopie s vysokým rozlišením z průzkumu LAMOST (Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope) vytvořili astronomové nejpodrobnější 3D mapu prachu v Mléčné dráze. Tento průlom nejenže zlepšuje naši schopnost pozorovat vzdálené hvězdy, ale také prohlubuje naše znalosti o mezihvězdném prachu, který hraje klíčovou roli při vzniku hvězd a planet. Jejich výzkum nečekaně odhalil, že extinkce (zeslabení světla) v důsledku prachu se chová jinak, než se dosud předpokládalo, což může naznačovat přítomnost složitých molekul, jako jsou polycyklické aromatické uhlovodíky, které by mohly mít význam pro vznik života.

Kosmický prach: Nebeská překážka
Když pozorujeme vzdálené hvězdy, ne vždy vidíme to, co máme. Hvězda, která se zdá být načervenalá, nemusí mít ve skutečnosti takovou barvu; její světlo mohlo být pozměněno při cestě kosmickým prachem, než se dostalo k našemu dalekohledu. Aby byla pozorování přesná, musí astronomové počítat s tímto prachem, který nejenže posouvá barvu hvězdy směrem k červené (jev známý jako „zčervenání“), ale také tlumí jeho jasnost („extinkce“). Je to, jako bychom se na vesmír dívali skrz zaprášené okno. Nyní astronomové vytvořili převratnou 3D mapu, která odhaluje rozložení a vlastnosti mezihvězdného prachu v dosud nevídaných detailech a nabízí tak nový jasný pohled na náš vesmír.

Jak prach mění náš pohled na vesmír
Naštěstí mají astronomové možnost rekonstruovat vliv prachu. Kosmický prach nepohlcuje a nerozptyluje světlo rovnoměrně, ovlivňuje kratší vlnové délky (modré světlo) více než delší (červené světlo). Tento vzorec, známý jako „křivka extinkce“, pomáhá vědcům určit složení prachu a pochopit jeho prostředí, včetně radiačních podmínek v různých oblastech mezihvězdného prostoru.

Informace o prachu ze 130 milionů spekter
Tento druh informací použili Xiangyu Zhang, doktorand na Astronomickém ústavu Maxe Plancka (MPIA) a Gregory Green, vedoucí nezávislé výzkumné skupiny (Sofia Kovalevskaja Group) na MPIA a Zhangův doktorandský poradce, k sestavení dosud nejpodrobnější 3D mapy vlastností prachu v naší Galaxii. Zhang a Green využili data z mise Gaia, která 10,5 roku prováděla mimořádně přesná měření poloh, pohybů a dalších vlastností více dvou miliard hvězd v Mléčné dráze a v našich nejbližších galaktických sousedech, v Magellanových mračnech. Třetí vydání dat (DR3) mise Gaia, zveřejněné v červnu 2022, poskytuje 220 milionů spekter a kontrola kvality Zhangovi a Greenovi napověděla, že asi 130 milionů z nich bude vhodných pro jejich hledání prachu.

Spektra z družice Gaia mají nízké rozlišení, to znamená, že způsob, jakým rozdělují světlo do různých oblastí vlnových délek, je poměrně hrubý. Oba astronomové našli způsob, jak toto omezení obejít: Pro 1 % jimi vybraných hvězd existuje spektroskopie s vysokým rozlišením z přehlídky LAMOST, kterou provozuje Čínská národní astronomická observatoř. Ta poskytuje spolehlivé informace o základních vlastnostech daných hvězd, jako je jejich povrchová teplota, která určuje to, čemu astronomové říkají „spektrální typ“ hvězdy.

Rekonstrukce 3D mapy mezihvězdného prachu
Zhang a Green vycvičili neuronovou síť, která generuje modelová spektra na základě vlastností hvězdy a vlastností mezihvězdného prachu. Výsledky porovnali se 130 miliony vhodných spekter z programu Gaia a pomocí statistických („bayesových“) technik odvodili vlastnosti prachu mezi námi a těmito 130 miliony hvězd.

Výsledky umožnily astronomům rekonstruovat první podrobnou trojrozměrnou mapu extinkční křivky prachu v Mléčné dráze. Tato mapa umožnila Zhangovi a Greenovi měření křivky extinkce vůči bezprecedentnímu počtu hvězd – 130 milionů, ve srovnání s předchozími pracemi, které obsahovaly přibližně 1 milion měření.

Prach však není na obtíž jen astronomům. Je důležitý pro vznik hvězd, který probíhá v obřích plynných mračnech chráněných prachem před okolním zářením. Když hvězdy vznikají, jsou obklopeny disky plynu a prachu, které jsou místem zrodu planet. Samotná prachová zrnka jsou stavebními kameny pro to, co se nakonec stane pevnými tělesy planet, jako je naše Země. Ve skutečnosti je v mezihvězdném prostředí naší Galaxie většina prvků těžších než vodík a helium vázána v zrníčkách mezihvězdného prachu.

Nečekané vlastnosti kosmického prachu
Nové výsledky nejenže vytvářejí přesnou 3D mapu, odhalily také překvapivou vlastnost mračen mezihvězdného prachu. Dříve se očekávalo, že křivka extinkce by měla být plošší (méně závislá na vlnové délce) pro oblasti s vyšší hustotou prachu. „Vyšší hustota“ je ovšem v tomto případě stále velmi málo: přibližně deset miliardtin gramů prachu na metr krychlový, což odpovídá pouhým 10 kg prachu v kouli o poloměru Země. V takových oblastech mají prachová zrnka tendenci se zvětšovat, což mění celkové absorpční vlastnosti.

Místo toho astronomové zjistili, že v oblastech se střední hustotou je křivka extinkce ve skutečnosti strmější, přičemž kratší vlnové délky jsou pohlcovány mnohem účinněji než delší. Zhang a Green předpokládají, že strmost křivky může být způsobena růstem nikoliv prachu, ale třídy molekul zvaných polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH), nejhojněji se vyskytujících uhlovodíků v mezihvězdném prostředí, které mohly dokonce hrát roli při vzniku života. Svou hypotézu se již rozhodli ověřit pomocí budoucích pozorování.

Zdroj: https://scitechdaily.com/scientists-just-mapped-130-million-stars-to-reveal-the-universes-hidden-haze/

autor: František Martinek