Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics)
Číslo 40 – vyšlo 26. října, ročník 10 (2012)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

V molekulárním mračnu v Plachtách vznikají hvězdy ve vláknech

Petr Kulhánek

Přibližně v rovině naší Galaxie se v souhvězdí Plachet ve vzdálenosti 2 300 světelných rokůSvětelný rok (ly) – vzdálenost, kterou světlo ve vakuu urazí za jeden rok, 1 ly = 9,46×10¹² km. nachází velmi rozsáhlé molekulární mračno. Ve viditelném oboru je zde vidět několik mlhovin a jinak jen hvězdy. Pohled v dalekém infračerveném oboru ale odhalí rozsáhlé oblasti plynu a prachu, které jsou formovány do viditelných vláknitých propletenců, v nichž vznikají uzlíky se zárodky hvězd. Takový obraz vzniku hvězd je zcela odlišný od klasického scénáře, při kterém vznikají hvězdy ze sférických zhuštěnin zárodečné mlhoviny, jež jsou nadále gravitačně smršťovány až do zárodečné protohvězdy. Objev vláknitých struktur umožnila infračervená Herschelova vesmírná observatořHerschel – sonda ESA, která byla vynesena do vesmíru 14. května 2009. Jde o obří infračervenou observatoř se zrcadlem o průměru 3,5 metru, která byla umístěna do Lagrangeova bodu L2 soustavy Země-Slunce. Observatoř pokrývala obor vlnových délek od 55 μm do 672 μm a byla pojmenována po vynikajícím anglickém astronomovi a objeviteli infračerveného záření Williamu Herschelovi. Šlo o vůbec největší dalekohled umístěný lidstvem ve vesmíru. Mise byla po spotřebování zásob tekutého hélia používaného na chlazení ohniska ukončena dne 29. dubna 2013., jejíž rozlišení nemá v tuto chvíli žádnou konkurenci.

Obr. 1: Logo vesmírné observatoře Herschel

BLAST – Balloon-borne Large-Aperture Submillimeter Telescope. Jde o dvoumetrový dalekohled pro dalekou infračervenou a submilimetrovou oblast, který je vynášen do výšky cca 30 km balónem. Přístroj má za sebou 4 lety (2003, 2005, 2006, 2010), z toho poslední tři vědecké. Dalekohled snímkuje oblohu na vlnových délkách 250, 350, a 500 μm. Hlavním cílem projektu je výzkum vzniku hvězd a galaxií. Na projektu se podílejí vesmírné agentury NASA a CSA a univerzity z USA, Kanady, Velké Británie a Mexika.

Herschel – sonda ESA, která byla vynesena do vesmíru 14. května 2009. Jde o obří infračervenou observatoř se zrcadlem o průměru 3,5 metru, která byla umístěna do Lagrangeova bodu L2 soustavy Země-Slunce. Observatoř pokrývala obor vlnových délek od 55 μm do 672 μm a byla pojmenována po vynikajícím anglickém astronomovi a objeviteli infračerveného záření Williamu Herschelovi. Šlo o vůbec největší dalekohled umístěný lidstvem ve vesmíru. Mise byla po spotřebování zásob tekutého hélia používaného na chlazení ohniska ukončena dne 29. dubna 2013.

Infračervené snímkování

Pro pochopení vzniku hvězd je je nutné pořizovat snímky oblohy v submilimetrové oblasti. Chladný plyn a prach v mlhovinách, ze kterých hvězdy vznikají, totiž září jen v infračerveném oboru. Samotného prachu nebývá ve hvězdných porodnicích mnoho, ale o to větší je jeho důležitost. Na rozdíl od jednotlivých atomů a molekul září prach v kontinuu a z kolabující zárodečné mlhoviny odvádí zářením podstatnou část uvolňované energie. Jedině tak se může oblast s rodícími se hvězdami smršťovat i nadále. V současnosti je největším přístrojem pro infračervený obor Herschlova vesmírná observatoř, jejíž zrcadlo má průměr 3,5 metru. Tento gigant je největším dalekohledem vyneseným člověkem do vesmíru vůbec. Funguje od roku 2009, kdy byl umístěn do Lagrangeova boduLagrangeovy body – pět bodů v sousedství dvou obíhajících hmotných těles, ve kterých je gravitační a odstředivá síla vyrovnána. Polohu těchto bodů poprvé vypočítal italsko-francouzský matematik Joseph-Louis Lagrange. Velmi výhodné je například umístění sond určených k pozorování vzdáleného vesmíru do Lagrangeova bodu L2 soustavy Země-Slunce, který je vzdálený od Země 1 500 000 km ve směru od Slunce (WMAP, Planck, Herschel). Naopak, do bodu L1 soustavy Země-Slunce se umísťují sondy určené pro monitorování Slunce (například SOHO). Lagrangeův bod L3 soustavy Země-Slunce leží opačné straně Slunce, nepatrně dále, než je oběžná dráha Země. Body L4 a L5 neleží na spojnici obou těles, ale tvoří s nimi rovnostranné trojúhelníky. L2 soustavy Slunce-Země. O této observatoři, jejíž vývoj stál 1,1 miliardy euro, jsme podrobně informovali (AB 42/2005, AB 35/2007, AB 21/2009, AB 17/2010/, AB 30/2001). Má na palubě tři přístroje, které pokryjí rozsah vlnových délek 55 až 672 μm. Na druhém místě je balónový experiment BLAST, který má „jen“ dvoumetrové zrcadlo. Pozoruje vždy několik dní ve vysokých výškách, kde již není infračervené záření pohlcováno. První testovací let proběhl v roce 2003 v Novém Mexiku, v roce 2005 startoval BLAST z kosmodromu u švédské Kiruny, v roce 2006 z Antarktidy a zatím poslední let v roce 2010 odstartoval opět z Antarktidy. Není bez zajímavosti, že v ohnisku slouží jako detektor bolometrické pole vyvinuté pro přístroj SPIRE na observatoři Herschel (pokryje vlnové délky 250, 350 a 500 μm). Oba obří přístroje tedy mají něco společného.

Obr. 2: Oblast Vela C fotografovaná v optickém (nahoře) a vzdáleném infračerveném (dole) oboru. Plyn a prach, ze kterého vznikají hvězdy, je patrný pouze v IR oboru. Zdroje: DSS 2 (optický snímek), Herschel (infračervený snímek).

Hřeben molekulárních mračen v Plachtách

Napříč souhvězdím Plachty se na jižní obloze táhne podél roviny Mléčné dráhy hřeben molekulárních mračen, která vyniknou na infračervených snímcích. Oblast má na délku 10° a je široká 4°. Ve viditelném oboru jsou patrné jen velmi malé části, které osvítila některá z již vzniklých hvězd. Celý hřeben poprvé detailně zmapoval balónový dalekohled BLAST. Skládá se z několika oblastí, z nichž nejhustší je označována písmenem C (Vela C). Právě na podrobné snímkování oblasti Vela C, která se nachází ve vzdálenosti 2 300 ly, se v roce 2011 zaměřila Herschelova vesmírná observatoř.

Obr. 3: Mapa hřebene molekulárních mračen v souhvězdí Plachet pořízená balónovým dalekohledem BLAST v roce 2006 na vlnových délkách 250, 350 a 500 μm. Vyznačena je nejhmotnější a nejhustší oblast C. Snímkování trvalo 21 hodin a pokrylo oblast 50 čtverečních stupňů. Zdroj: BLAST.

Výzkum oblasti Vela C

Na detailní snímkování oblasti VELA C se zaměřila Herschelova vesmírná observatoř dne 18. října 2010. Snímkování probíhalo paralelně přístroji PACS (na vlnových délkách 70 a 160 μm) a SPIRE (250, 350 a 500 μm). Podrobná analýza snímků byla provedena v letech 2011 [1] a 2012 [3]. V oblasti VELA C jsou ve vizuálním oboru dobře patrné dvě mlhoviny (viz Obr. 2) – jasnější RCW 36 ve středu oblasti a méně jasná RCW 34 v pravé části. Obě tyto mlhoviny jsou dobře patrné na nejkratší vlnové délce, která je kódována modrou barvou, i na kombinovaném snímku z Herschla. RCW 36 je částí molekulárního mračna VELA C, ale dodnes není jasné, zda RCW 34 do oblasti patří, nebo zda se do místa jen promítá z větší vzdálenosti.

Obr. 4: VELA C z Herschelu. Obrázek je kompozicí ze tří barev: modré (70 μm), zelené (160 μm) a červené (250 μm). Na kratších vlnových délkách se zobrazuje modře horký prach v mlhovinách RCW 36 (uprostřed) a RCW 34 (vpravo dole). Na delších vlnových délkách je v červené barvě dobře patrná síť chladných hustých vláken s rodícími se hvězdami. Zdroj: Herschel.

Z analýzy se ukázalo, že v oblasti vznikají jak hvězdy málo hmotné, tak hvězdy s hmotnostmi kolem 10 M_S. Vzniklé hvězdy jsou staré méně než milion roků, tedy z astronomického hlediska velmi mladé. Největším překvapením byla předhvězdná jádra kopírující hustá, složitě propletená vlákna. Je jasné, že nejprve nějakým mechanizmem vznikla tato vlákna a že nešlo o gravitační interakci. Ke vzniku vláken snad mohly přispět toky a turbulence látky za přítomnosti magnetického pole. Teprve poté začal zrod hvězd v nejhustších oblastech těchto vláken. Bílé flíčky ve vláknech jsou buď předhvězdná jádra nebo oblasti, ve kterých již vznikají první protohvězdy.

Detail oblasti s vlákny a předhvězdnými jádry (nalevo od RCW 36 na původním snímku).

Mapa jednotlivých jader nacházejících se v oblasti VELA C. Červené kosočtverce značí předhvězdná jádra, modré kosočtverce jádra s protostelárními zdroji, žluté kosočtverce jsou zdroje lokalizované v RCW 34. Většími kosočtverci jsou označeny zdroje s hmotností přesahující 20 M_S. Zdroj: [3].

Mapa teploty (uprostřed) a koncentrace (dole) v oblasti VELA C. Přesné kódování barev lze dohledat v původním článku [1], resp. [2]. Dobře patrné je rozčlenění oblasti na pět samostatných celků (hnízd a mostů).

Analýza za pomoci tzv. waveletové transformace ukázala, že se v oblasti VELA C
skutečně nachází 5 relativně samostatných celků. Zdroj: [3].

Závěr

Průzkum molekulárního mračna ionizovaného vodíku v H II oblasti VELA C ukázal, že rozlišení dosažitelné Herschelovou vesmírnou observatoří umožnilo v oblasti rodících se hvězd nalézt síť hustých vláken, v nichž vznikají předhvězdná jádra. Je pravděpodobné, že podobná síť bude nalezena i v jiných hvězdných porodnicích (mlhoviny s překotnou tvorbou hvězd) a že původní představa mlhoviny, ze které vznikají hvězdy kolapsem víceméně kulových oblastí, není správná. To by znamenalo, že na zrodu hvězd se podílejí výraznou měrou i negravitační síly a klasický scénář kolapsu části mlhoviny na zárodečnou globuli a poté protohvězdu bude třeba pozměnit.

Odkazy