Zvolna rostoucí galaxie

ESO 040/10 tisková zpráva

Pozorování provedená pomocí dalekohledu ESO/VLT poprvé poskytla přímý důkaz, že mladé galaxie mohly přibírat na váze díky nasávání chladného plynu ze svého okolí a získanou hmotu využít k překotné tvorbě nových hvězd. V prvních miliardách let po velkém třesku velmi výrazně vzrostla hmotnost průměrné galaxie a otázka, proč se tak stalo, patří k nejožehavějším tématům moderní astrofyziky. Výsledky studie byly publikovány 14. října v časopise Nature.

První galaxie se zformovaly již ve vesmíru starém necelou miliardu let a byly mnohem menší, než obří hvězdné ostrovy – včetně naší Galaxie, jaké známe dnes. V průběhu vývoje vesmíru se tedy průměrná galaxie musela zvětšit. Důležitým mechanismem při růstu galaxií je proces vzájemných kolizí a slévání. Existuje však ještě jiný, mnohem mírnější mechanismus.

Tým evropských astronomů použil dalekohled ESO/VLT, aby otestoval možnost, že mladé galaxie mohou růst také díky nasávání proudů chladného vodíku a hélia ze svého okolí. Mladý vesmír byl těmito plyny doslova naplněn a galaxie jej přetvářely do podoby hvězd. A tak stejně jako například komerční firma se může zvětšit buď sloučením s jinou společností nebo nabíráním nových zaměstnanců a zakázek, i mladé galaxie mohou růst dvěma způsoby – vzájemným sléváním nebo akrecí hmoty – plynu.

Giovanni Cresci (Osservatorio Astrofisico di Arcetri), vedoucí týmu k tomu říká: „Tyto nové výsledky získané pomocí dalekohledu VLT jsou prvním přímým důkazem, že k akreci původního plynu opravdu docházelo. Akrece byla dostatečně mohutná na to, aby zvýšila hmotnost galaxií v raném vesmíru a zároveň byla hnacím motorem aktivních procesů tvorby hvězd.“ Tento objev bude mít významný dopad na naše chápání vývoje vesmíru od velkého třesku dodnes. Teorie formování a evoluce galaxií bude potřeba upravit. 
 
Výzkum započal výběrem trojice velmi vzdálených galaxií, s vlastnostmi vhodnými k získání důkazu o přítoku původního plynu z okolí a s ním spojeného formování nových hvězd. Vědci museli být při výběru velmi pečliví. Museli se ujistit, že vybrané exempláře nebyly porušeny interakcí s dalšími galaxiemi. Zvolené galaxie mají tvar velmi pravidelného rotujícího diku, podobného Galaxii, a při rudém posuvu z~3 je dnes pozorujeme tak, jak vypadaly v době asi 2 miliardy let po velkém třesku. 

V galaxiích, které pozorujeme v současném vesmíru, je obsah těžkých prvků [1] větší v jejich centru než na okraji. Při mapování vybrané trojice vzdálených galaxií pomocí spektrografu SINFONI [2] však Cresci a jeho tým objevili, že ve všech třech zkoumaných případech obsahovalo okolí centra galaxie méně těžkých prvků, ale přesto zde probíhala překotná tvorba hvězd. To by mohlo naznačovat, že materiál pro tvorbu hvězd přichází z okolí galaxie, a že se jedná o původní plyn s nízkým obsahem těžkých prvků. Mohl by to být dosud nejlepší důkaz potvrzující akreci původního plynu mladými galaxiemi a jeho transformaci procesem formování hvězd.

„Výzkum bylo možné provést jen díky mimořádným schopnostem spektrometru SINFONI na dalekohledu VLT. Tento přístroj otevřel nové okno pro výzkum chemických vlastností velmi vzdálených galaxií. Přináší nejen informaci o dvojici obrazových – prostorových rozměrů, ale dokonce i třetí, spektrální dimenzi, která nám umožňuje pozorovat pohyby hmoty uvnitř galaxie a sledovat složení mezihvězdného plynu,“ uzavírá Cresci.

Zdroj

Poznámky

[1] Plyn vyplňující raný vesmír byl tvořen převážně vodíkem a héliem. Teprve první generace hvězd jej přeformovaly prostřednictvím termojaderné fůze do podoby těžších prvků jako kyslík, dusík a uhlík. Poté, co se tento materiál vrátil do vesmíru prostřednictvím intenzivního proudění částic z mladých hmotných hvězd či při explozích supernov, koncentrace těžkých prvků v galaxii významně stoupla. Astronomové používají sousloví “těžší prvky” pro všechny prvky těžší než vodík a hélium.

[2] Pečlivým rozdělením slabého světla na jeho základní části pomocí velkého dalekohledu a spektrografu mohou astronomové identifikovat známky různých prvků ve vzdálených galaxiích a měřit jejich obsah. S přístrojem SINFONI na dalekohledu VLT je však možné postupovat mnohem jemněji a získat tak oddělené spektrum pro různé části vzdáleného objektu. Astronomové tak mohou sledovat měnící se obsah jednotlivých prvků v různých částech galaxie a podle toho určit, kde probíhá nejrychlejší tvorba hvězd.

Další informace

Výzkum je prezentován v článku ‘Gas accretion in distant galaxies as the origin of chemical abundance gradients’ autorů Cresci a kol., který vyšel 14. října 2010 v časopise Naturte.

Složení týmu: G. Cresci (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Itálie), F. Mannucci (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Itálie), R. Maiolino (INAF, Osservatorio Astronomico di Roma, Italy), A. Marconi (Universitá di Firenze, Itálie), A. Gnerucci (Universitá di Firenze, Italy) a L. Magrini (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Itálie).

ESO (Evropská jižní observatoř) je hlavní mezinárodní astronomickou organizací Evropy a patří k nejproduktivnějším astronomickým observatořím světa. Je podporována 14 členskými státy, kterými jsou: Belgie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemí, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO má za cíl vývoj, konstrukci a provoz výkonných pozemních astronomických zařízení, která umožní významné vědecké objevy. ESO také hraje přední roli při propagaci a organizaci mezinárodní spolupráce na poli astronomického výzkumu. ESO v současnosti provozuje tři observatoře světově úrovně: La Silla, Paranal a Chajnantor, které se nacházejí na poušti Atacama v Chile. Na Paranalu se nachází VLT (Very Large Telescope = Velmi velký dalekohled) – nejvyspělejší pozemní dalekohled pracující ve viditelném světle a VISTA, největší přehlídkový dalekohled pro infračervenou oblast na světě. Zároveň je ESO evropským zástupcem největšího astronomického projektu všech dob – teleskopu ALMA budovaného na planině Chajnantor. V současnosti ESO plánuje výstavbu Evropského extrémně velkého dalekohledu (E-ELT), který bude mít průměr primárního zrcadla 42 metrů. Měl by pracovat v infračerveném i viditelném oboru záření a stane se největším dalekohledem světa.

Odkazy

• odborný článek (Nature)

Kontakty

Giovanni Cresci; Osservatorio Astrofisico di Arcetri;Italy; Tel: +39 055 275 2230; Cell: +39 335 680 3756; Email: gcresci@arcetri.astro.it

Douglas Pierce-Price; ESO; Garching bei München, Germany; Tel: +49 89 3200 6759; Email: dpiercep@eso.org

Richard Hook; ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey telescopes Public Information Officer; Garching, Germany; Tel: +49 89 3200 6655
Email: rhook@eso.org

Překlad: Jiří Srba
Národní kontakt: Viktor Votruba +420 267 103 040; votruba@physics.muni.cz

autor: Jiří Srba