Z hmoty vypuzené černou dírou se rodí nové hvězdy

ESO 010/17 tisková zpráva

Dalekohled ESO/VLT pozoroval zcela nový proces vedoucí k formování hvězd

Výzkum provedený pomocí dalekohledu ESO/VLT odhalil procesy formování hvězd v mohutných proudech hmoty, které do svého okolí vyvrhují superhmotné černé díry ukryté v jádrech galaxií. Jedná se o první potvrzená pozorování hvězdotvorby probíhající v tomto typu extrémního kosmického prostředí. Objev má řadu důsledků pro naše chápání vlastností galaxií a jejich vývoje. Výsledky byly zveřejněny ve vědeckém časopise Nature.

Mezinárodní tým evropských astronomů pod vedením vědců ze Spojeného království využil přístroje MUSE a X-shooter pracující ve spojení s dalekohledem ESO/VLT (Very Large Telescope) na observatoři Paranal v severním Chile k výzkumu probíhající kolize dvou galaxií. Sledovaný objekt je znám pod souhrnným označením IRAS F23128-5919 a nachází se asi 600 milionů světelných let od nás. Týmu se podařilo pozorovat mohutné výrony hmoty proudící z okolí superhmotné černé díry (supermassive black holes), která je centrálním objektem severní galaxie sledovaného páru. Přitom objevili první jasné důkazy, že se v těchto proudech rodí nové hvězdy [1].

Tyto proudy hmoty vznikají v důsledku enormního množství energie produkovaného aktivními a dynamickými procesy v centrech galaxií, kde se (ve většině případů) ukrývají superhmotné černé díry. Jakmile černá díra pohltí nějakou hmotu, tak při tomto procesu zároveň ohřívá okolní plyn a vypudí ho z mateřské galaxie v podobě mohutného hustého proudu [2].

„Astronomové se již nějakou dobu domnívají, že podmínky v těchto proudech by mohly být vhodné pro vznik nových hvězd. Dosud však tento proces nikdo přímo nepozoroval, jelikož se jedná o technicky velmi náročný úkol,“ komentuje objev vedoucí týmu Roberto Maiolino (University of Cambridge). „Naše výsledky jsou vzrušující, protože zcela jednoznačně dokládají, že v těchto proudech skutečně nové hvězdy vznikají.“

Vědci se rozhodli zkoumat přímo hvězdy zrozené v tomto proudu, stejně jako plyn, který je obklopuje. Použili k tomu špičkové přístroje MUSE a X-shooter pro astronomickou spektroskopii (spectroscopy), které jim umožnily provést velmi detailní studii vlastností vyzařovaného světla a určit tak povahu jeho zdroje.

Je známo, že vyzařování mladých hvězd nutí okolní oblaky plynu svítit přesně daným způsobem. Mimořádná citlivost přístroje X-shooter vědcům umožnila vyloučit všechny ostatní možné příčiny světelných emisí, včetně rázových vln v plynu nebo vlivu aktivního jádra galaxie.

Členům týmu se tak podařilo získat nezaměnitelné přímé pozorování populace mladých hvězd v plynu tryskajícím z centrální oblasti galaxie [3]. Vědci se domnívají, že tyto hvězdy jsou staré pouhých několik desítek milionů let a předběžná analýza naznačuje, že jsou teplejší a jasnější než hvězdy, které vznikly v méně extrémním prostředí, jakým je například disk galaxie.

Dalším důkazem pro toto tvrzení, je vlastní pohyb hvězd a jeho rychlost. Světlo většiny hvězd v oblasti naznačuje, že se pohybují velmi vysokou rychlostí směrem pryč od centra galaxie – a to dává smysl právě v případě objektů, které se nacházejí v proudu rychle se pohybující hmoty.

Spoluautorka práce Helen Russell (Institute of Astronomy, Cambridge, UK) vysvětluje: „Hvězdy, které vznikly v proudu v blízkosti středu galaxie, by měly postupně zpomalit nebo se dokonce začít vracet zpět. Ale hvězdy, které vznikají ve stejném proudu ale ve větší vzdálenosti, jsou zpomalovány méně a mohou dokonce zcela opustit mateřskou galaxii.“

Objev přináší zcela nové informace, které mohou zpřesnit některé naše astrofyzikální znalosti. Mohou být důležité pro chápání toho, jakým způsobem některé galaxie získaly svůj tvar [4], jak dochází k obohacování mezigalaktického prostoru o těžší chemické prvky (heavy elements) [5] a dokonce vysvětlit, odkud pochází dosud záhadné infračervené záření kosmického pozadí (cosmic infrared background) [6].

Roberto Maiolino je nadšen nadějnými vyhlídkami do budoucnosti: „Pokud skutečně u většiny galaxií dochází ke vzniku hvězd v těchto proudech, jak některé teorie předpovídají, mohl by tento proces přinést zcela nový pohled na vývoj galaxií.“

Zdroj

Poznámky

[1] V těchto proudech se hvězdy rodí velmi vysokou rychlostí. Astronomové odhadují, že zde vznikají stálice s celkovou hmotností až 30 Sluncí každý rok, což představuje skoro čtvrtinu veškeré hvězdotvorby v obou kolidujících galaxiích dohromady.

[2] Vypuzení plynu prostřednictvím těchto proudů vede ke vzniku prostředí chudého na plyn uvnitř galaxie. To by mohlo být důvodem, proč u některých galaxií se zvyšujícím se věkem hvězdotvorba ustává. Ačkoliv jsou tyto proudy nejpravděpodobněji poháněny hmotnými centrálními černými dírami, je také možné, že by je mohly způsobovat početné exploze supernov, ke kterým dochází v centrální oblasti galaxie následkem překotného formování hvězd.

[3] Toho se podařilo dosáhnout prostřednictvím detekce charakteristických známek mladých hvězdných populací ve spojení s rychlostními charakteristikami, které jsou očekávány u hvězd vzniklých v proudu při vysoké rychlosti.

[4] Spirální galaxie (spiral galaxies) mají zřetelnou diskovou strukturu s rozšířenou centrální výdutí (bulge) ve středu a řídkým halo (difúzním oblakem hvězd), které celou galaxii obklopuje. Eliptické galaxie (elliptical galaxies) jsou většinou tvořeny složkami ve tvaru elipsoidu. Proudy hvězd, které jsou vyvrženy z hlavního disku, by mohly být příčinou vzniku těchto galaktických struktur.

[5] Způsob, jakým dochází k obohacování mezigalaktického prostoru (mezigalaktického média, intergalactic medium) o těžké prvky, je stále otevřenou otázkou. Proudy hvězd unikajících z galaxií by tuto otázku mohly pomoci zodpovědět. Pokud jsou hvězdy vypuzeny z galaxie a následně explodují jako supernovy, dochází k uvolnění těžkých prvků do mezigalaktického média.

[6] Infračervené záření kosmického pozadí je slabá záře v infračerveném pásmu spektra elektromagnetického vlnění, která přichází z vesmíru ze všech směrů (podobně jako mnohem známější mikrovlnné záření kosmického pozadí). Původ infračerveného záření kosmického pozadí však dosud nebyl uspokojivě vysvětlen. Populace hvězd, které opustily své galaxie a odlétly do mezigalaktického prostoru, by k tomuto záření mohla přispívat.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku “Star formation in a galactic outflow” autorů Maiolino et a kol., který byl zveřejněn 27. března 2017 ve vědeckém časopise Nature.

Složení týmu: R. Maiolino (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, UK), H.R. Russell (Institute of Astronomy, Cambridge, UK), A.C. Fabian (Institute of Astronomy, Cambridge, UK), S. Carniani (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, UK), R. Gallagher (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, UK), S. Cazzoli (Departamento de Astrofisica-Centro de Astrobiología, Madrid, Španělsko), S. Arribas (Departamento de Astrofisica-Centro de Astrobiología, Madrid, Španělsko), F. Belfiore ((Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, UK), E. Bellocchi (Departamento de Astrofisica-Centro de Astrobiología, Madrid, Španělsko), L. Colina  (Departamento de Astrofisica-Centro de Astrobiología, Madrid, Španělsko), G. Cresci (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Itálie), W. Ishibashi (Universität Zürich, Zürich, Švýcarsko), A. Marconi (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Itálie), F. Mannucci (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Itálie), E. Oliva (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Itálie) a E. Sturm (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik, Garching, Německo).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• vědecký článek Nature
• snímky dalekohledu VLT

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Roberto Maiolino; Cavendish Laboratory, Kavli Institute for Cosmology; University of Cambridge, UK; Email: r.maiolino@mrao.cam.ac.uk

Richard Hook; ESO Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org