Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 31 – vyšlo 11. října, ročník 11 (2013) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

31/2013

Kompaktní trpaslík M60–UCD1

Ivan Havlíček

Na konci devadesátých let minulého století byly objeveny a poprvé popsány velmi kompaktní a současně malé trpasličí galaxie, které dostaly označení UCD (Ultra-Compact Dwarf galaxies). Jde o eliptické galaxie, jejichž rozměry se pohybují v rozmezí od desítek do zhruba stovky parsekůParsek – pc, paralaktická sekunda, astronomická jednotka vzdálenosti. Jde o vzdálenost, ze které je vidět střední vzdálenost Země-Slunce (jedna astronomická jednotka) pod úhlem jedné obloukové vteřiny. Měří se kolmo k zornému paprsku. Číselně je 1 pc = 30×10¹² km, což je zhruba 3,26 světelného roku. Často používanými násobky jsou kiloparsek (kpc) a megaparsek (Mpc).. Absolutní vizuální magnitudaMagnituda absolutní – absolutní hvězdná velikost je magnituda objektu, kterou by měl ve vzdálenosti 10 pc od nás. Závisí jen na skutečné svítivosti objektu. Zadáváme-li vzdálenost objektu v parsecích, platí mezi absolutní (M) a relativní magnitudou (m) jednoduchý vztah: M = m + 5 – 5 log r. Rozlišujeme bolometrickou absolutní magnitudu (v celém spektru) a vizuální absolutní magnitudu (pouze v rámci viditelného spektra). Pro určování vzdáleností se někdy využívají proměnné cefeidy, jejichž absolutní magnituda (svítivost) souvisí s periodou světelné křivky P vyjádřenou ve dnech podle přibližného vztahu M = –2.4 log P – 1.5. Ze známé periody a relativní magnitudy určíme z posledních dvou vztahů snadno vzdálenost cefeidy. M_V takových objektů přitom dosahuje hodnot z rozsahu –9 až –14. Mělo by tedy jít o objekty čítající miliony až stovky milionů hvězd. Tito kompaktní galaktičtí trpaslíci jsou obvykle gravitačně svázáni s obřími galaxiemi v jejich bezprostřední blízkosti. Ve velkých galaktických kupách se pak pohybují jako jejich souputníci a mohou s nimi být propojeni i měřítkově odpovídajícími vlákny mezigalaktického plynu či jiné mezigalaktické látky. Galaxie UCD byly nejdříve v hojném počtu objeveny při spektroskopických přehlídkách v galaktické kupě v Peci, v Panně a v mnoha jiných blízkých kupách.

Obří eliptická galaxie M 60 (NGC 4649) ve vzdálenosti 54 milionů světelných roků je na snímku HST uprostřed. Vpravo nahoře, ve vzdálenosti 60 milionů světelných roků, je spirální galaxie NGC 4647. Kompaktní trpasličí galaxie M60–UCD1 je jasná bělavá skvrnka na snímku vpravo dole pod středem M 60, vlevo od blízké oranžové hvězdy prozrazující se difrakčním křížem. Snímek je pořízen ve viditelné oblasti. Zdroj: APOD.

Galaxie – kompaktní seskupení hvězd, hvězdných asociací, otevřených a kulových hvězdokup, mezihvězdné látky a temné hmoty. Galaxie se liší svou strukturou (spirální, eliptické, nepravidelné,…), vyzařovaným výkonem (neaktivní, aktivní, rádiové, Seyfertovy,…) a zejména svojí hmotností. Hmotnost je udávána v miliardách až stovkách miliard hmotností Slunce. Galaxie jsou obvykle součástmi vyšších celků, jako jsou kupy, nadkupy, vlákna a stěny. V centrech většiny galaxií se nacházejí obří černé díry. Trpasličí galaxie – objekt sestávající z hvězd a mezihvězdné látky. Jsou v něm zastoupeny hvězdy v různých fázích hvězdného vývoje. Trpasličí galaxie jsou často gravitačně vázány na velké spirální galaxie a jejich hmotnost dosahuje až setiny hmotnosti mateřské galaxie, zpravidla je v rozmezí 109÷1010 MS. Jde o celkovou hmotnost, tj. atomární látku i temnou hmotu. Poměr obou složek se liší případ od případu. Objekty jsou často nepravidelného tvaru. U sférických trpasličích galaxií je často nejasné, zda nejde o větší kulovou hvězdokupu. Také existují samostatné trpasličí galaxie v mezigalaktickém prostoru, které hojně obsahují kulové hvězdokupy. Galaktické jádro – nejvnitřnější část galaxie, zpravidla má podobu centrální výdutě a obsahuje podstatnou část atomární látky galaxie. V mnoha galaxiích je v jádře obří kompaktní objekt, pravděpodobně černá díra.

V blízkosti obří eliptické galaxie M 60 byl objeven prozatím nejhustší galaktický objekt, který je také klasifikován jako UCD. Tento galaktický trpaslík byl označen M60–UCD1 a jeho vzdálenost od nás byla určena na 54 milionů světelných rokůSvětelný rok (ly) – vzdálenost, kterou světlo ve vakuu urazí za jeden rok, 1 ly = 9,46×10¹² km., stejně jako sousední M 60. Trpaslík M60–UCD1 je tvořen hmotou odpovídající 200 milionům Sluncí. Polovina této hmotnosti je v prostoru ale natěsnána do objemu s poloměrem jen 80 světelných roků. Průměrná hustota galaktické látky je zde tedy cca 15000krát vyšší než v okolí Slunce v místním galaktickém rameni. Znamená to, že hvězdy tu mají k sobě průměrně 25krát blíž než v okolí Slunce. M60–UCD1 byl studován pomocí HSTHST (Hubble Space Telescope) – Hubblův vesmírný dalekohled. Největší dalekohled na oběžné dráze kolem Země, kde byl v roce 1990 umístěn do výšky 614 km. Průměr primárního zrcadla je 2,4 m. Z hlediska kosmologie je zajímavý HST Key Project (klíčový projekt HST), který v roce 1999 posloužil k prvnímu přesnému určení Hubbleovy konstanty. V lednu 2004 NASA zrušila servisní mise k tomuto unikátnímu přístroji, nicméně v roce 2006 bylo rozhodnuto o poslední servisní misi, která měla proběhnout v roce 2008. Mise byla kvůli závadě na dalekohledu odložena a uskutečnila se v květnu 2009., rentgenové observatoře ChandraChandra – družicová observatoř NASA zkoumající vesmír v rentgenovém oboru. Byla vypuštěna v roce 1999. Na palubě observatoře je rentgenový dalekohled o průměru 1,2 m a ohniskové vzdálenosti 10,05 m, tvořený čtyřmi soubory souosých paraboloidně-hyperboloidních zrcadel o délce 0,85 m, se zorným polem o průměru 1,0° a s rozlišením 0,5″. a také pozemskými dalekohledy KeckKeck – Dvojice obřích, pohyblivých segmentovaných dalekohledů. Jsou umístěny na hoře Mauna Kea na Havajských ostrovech v nadmořské výšce 4 123 metrů. Každé zrcadlo je tvořeno 36 šestiúhelníkovými segmenty a má průměr 10 metrů. Keckovy dalekohledy byly uvedeny do provozu v letech 1993 a 1996. na Havaji a MMT v Arizoně. Výsledky seriozní práce bývají ve vědeckém světě málokdy publikovány v článcích s tak emotivním názvem, jako se stalo v tomto případě. Článek je nadepsán stroze, bez obvyklého označení pozorovaného objektu jménem nebo číslem: The Densest Galaxy (Nejhustší galaxie). Znamená to, že jde skutečně, i dle mínění autorů práce, o astronomický unikát.

Trpaslík byl objeven na snímcích HST v roce 2012 a promítá se do vzdálenosti 6,6 kpcParsek – pc, paralaktická sekunda, astronomická jednotka vzdálenosti. Jde o vzdálenost, ze které je vidět střední vzdálenost Země-Slunce (jedna astronomická jednotka) pod úhlem jedné obloukové vteřiny. Měří se kolmo k zornému paprsku. Číselně je 1 pc = 30×10¹² km, což je zhruba 3,26 světelného roku. Často používanými násobky jsou kiloparsek (kpc) a megaparsek (Mpc). od jádra M 60. Hmotnost tak mohla být nezávisle odvozena jednak ze svítivosti prostřednictvím naměřených spekter a současně z vlastního pohybu vůči galaxii M 60. Oběma metodami vychází jak svítivost, tak viriálová hmota ekvivalentní množství kolem 200 milionů Sluncí. Z naměřených spekter bylo zjištěno poměrně vysoké zastoupení kyslíku, uhlíku, dusíku, sodíku, hořčíku, křemíku, vápníku a titanu. Znamená to, že by v mezihvězdném materiálu mohl být dostatek látky na vytvoření planet kolem tamních hvězd. Současně byl trpaslík M60–UCD1 na snímcích observatoře Chandra odhalen jako silný a proměnný rentgenový zdroj, jehož svítivostSvítivost hvězdy – skutečná produkce energie hvězdy zářením za jednotku času neboli zářivý výkon hvězdy. Udává se ve wattech a  závisí na efektivní povrchové teplotě hvězdy. Svítivost lze spočítat ze Stefanova-Boltzmannova zákona dle vztahu: L = 4πR²σT⁴. Někdy hovoříme o bolometrické svítivosti (svítivosti počítané přes celé elektromagnetické spektrum). odpovídá centrální galaktické černé dířeČerná díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v zá­vě­reč­ných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují. o hmotnosti 10⁷ Sluncí. Detailní spektrální analýza a prostorové proměření svítivosti tohoto zdroje a jeho okolí odpovídají nejstarším hvězdným populacím. Je tedy možné, že pozorovaná galaxie je jen reliktem dávného mnohem většího objektu, z něhož se dochovalo jen galaktické jádro.

Snímek okolí M 60 s vyznačením dvou kompaktních trpasličích galaxií. Čárkovaným kolečkem je vyznačen standardní objekt UCD (A32), jehož hmotnost odpovídá 3×10⁶ M_S. Hmotnost M60–UCD1 je o dva řády vyšší, tedy 2×10⁸ M_S. Zdroj: ArXive.

Snímky oblasti M 60 s kompaktním trpaslíkem M60–UCD1. Na levém obrázku je záznam ve viditelném světle z HST, na pravém tatáž oblast v rentgenové oblasti z observatoře Chandra. Levý snímek zachycuje světlo hvězd. Galaxie M 60, okraj NGC 4647 a i trpaslík M60–UCD1 jsou dobře patrné. Trpasličí galaxie M60–UCD1 je malá skvrnka dole uprostřed. Pravý snímek zobrazuje rentgenové zdroje s vysokou energií, jimiž mohou být i mezigalaktická oblaka horkého plynu a akreční disky kolem černých děr. Obraz M 60 je tak rozevlát vnitřními strukturami mezihvězdného horkého plynu a mezigalaktická oblaka padající do galaktického haló jsou na prvý pohled k nerozeznání od trpasličí galaxie M60–UCD1. Měřítko obou snímků je stejné. Zdroj: Chandra.

Je stále otázkou, o jaký objekt zde jde. Jsou známé podobně kompaktní kulové hvězdokupy, které ale nedosahují tak extrémních hmotností. Největší kulové hvězdokupy naší Galaxie obsahují jen miliony hvězd, ne stovky milionů. Tedy o dva řády méně, co se týče hmotnosti. Málokterá má ve svém jádru galaktickou černou díru a i centrální černá díra v jádru Mléčné dráhy dosahuje jen 4 milionů Sluncí. Tedy M60–UCD1 je v tomto srovnání skutečně něčím dosud nevídaným. Pokud se ale nepodaří odhalit minulost tohoto trpaslíka jen ze studia jeho samého, bude nutné hledat v galaktických kupách podobně extrémní objekty a doufat, že se jich podaří nalézt dostatečné množství, aby bylo možné rekonstruovat jejich historii pomocí statistických metod.

Kompaktní trpasličí galaxie M60–UCD1 je souputníkem obří eliptické galaxie M 60 v jádru galaktické kupy v souhvězdí Panny. Jde o nejhutnější objekt svého druhu, který je prozatím znám. V oblasti o průměru kolem dvou set parseků je nakupena hmota odpovídající 200 milionům hmotností Slunce. Podobné typy galaktických trpaslíků obsahují o dva řády nižší hmotnosti. Nelze vyloučit, že jde o pozůstatek staré, dříve mnohem větší galaxie, která byla při setkání s obřími sousedy v kupě zbavena svých okrajových oblastí a ze které zbylo jen velmi kompaktní jádro. Zdroj Chandra.

Odkazy