Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics)
Číslo 18 – vyšlo 13. května, ročník 14 (2016)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Parádní trefa

Petr Kulhánek

V dnešním bulletinu se nezaměříme na žádnou žhavou novinku, ale připomeneme si unikátní systém radiové galaxie 3C 321. Na první pohled se od jiných radiových galaxií příliš neliší. Uvnitř se podle našich představ nachází obří černá díra, ze které unikají výtrysky částic kolimovaných a urychlovaných magnetickým polem. Podobně jako u desítek jiných radiogalaxií interagují výtrysky s okolním mezigalaktickým prostředím a na jejich konci se nacházejí typické radiové laloky. Ve výtryscích jsou přítomny, stejně tak jako u dalších radiogalaxií, zauzleniny látky. Takové uzlíky ale nikdy nemění směr výtrysku daný magnetickým polem v okolí černé díry. Při podrobnějším výzkumu se ukázalo, že radiogalaxie 3C 231 je jiná než ostatní. Ve skutečnosti jde o dvojici kolem sebe obíhajících galaxií a jeden z výtrysků se trefil do okraje druhé galaxie, která změnila jak jeho původní směr, tak celkovou strukturu. Unikátní objekt se nachází v souhvězdí Hada ve vzdálenosti 1,2 miliardy světelných rokůl.y. – light year, světelný rok. Jde o vzdálenost, kterou ulétne světlo za rok: 9,46×10¹² km..

Mapa souhvězdí Hada s vyznačenou polohou radiogalaxie 3C 321.
Mapa je převzata z atlasu časopisu Sky & Telescope.

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.

AGN – Active Galactic Nuclei, aktivní jádra galaxií. Tato jádra produkují netepelné pulzní UV a RTG záření, v centru sídlí velmi hmotná černá díra obklopená akrečním diskem (n ~ 10¹⁶ cm^-3, T ~ 10⁵ K, B ~ 0,2 T). Přepojení silokřivek magnetického pole je doprovázeno ohřevem elektronů až na 10⁹ K a rentgenovým či gama zábleskem. Existuje celá řada galaxií s aktivními jádry, například Seyfertovy galaxie, linery, blazary a kvazary.

Kvazar – objekty objevené v roce 1963, mají malé úhlové rozměry (<1″) a obrovský zářivý výkon v celém spektru (10³⁵ až 10⁴⁰ W). Kvazary se nacházejí ve velkých kosmologických vzdálenostech, jejich světlo je poznamenáno rozpínáním vesmíru a spektrum je výrazně posunuté k červenému konci. Energetická bilance odpovídá vyzařování celých galaxií. Jde o zárodky budoucích galaxií, v jejichž středu se nachází obří černá díra s charakteristickým výtryskem hmoty.

Černá 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.

Když Hubblův dalekohledHST (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. v první polovině devadesátých let 20. století objevil v jádrech galaxií první černé díry, šlo o velké překvapení. Obří monstra měla hmotnosti mnoha milionů Sluncí (největší až miliardy Sluncí) a nikdo netušil, jakou hrají v galaktických jádrech roli. Jak léta plynula, staly se tyto objekty samozřejmostí, a dnes se divíme, pokud je objevena galaxie a její centrum nejeví známky přítomnosti obří černé díry. Kolem černé díry se nachází akreční disk žhavého plazmatuPlazma – kvazineutrální soubor nabitých a neutrálních částic, který vykazuje kolektivní chování. Lidsky to znamená, že se v dané látce nachází elektricky nabité částice. Kladné a záporné náboje se navzájem kompenzují, takže celek je elektricky neutrální. Částice jsou schopné reagovat na elektrická a magnetická pole jako celek. Plazma vzniká odtržením elektronů z elektrického obalu atomárního plynu nebo ionizací molekul. S plazmatem se můžeme setkat v elektrických výbojích (blesky, jiskry, zářivky), v polárních zářích, ve hvězdách, ve slunečním větru a v mlhovinách. Pro plazma jsou typické silně nelineární jevy a nestability. Přes 99 % atomární látky ve vesmíru je v plazmatickém skupenství., ve větší vzdálenosti plynoprachový torus a v ose rotace vznikají dva výrazné výtrysky relativistických částic, které směruje magnetické pole. Struktura okolí je stejná jako u hvězdných černých děr (ty vznikají v závěrečných fázích vývoje některých hvězd a jejich hmotnosti jsou několikanásobkem hmotnosti Slunce), jen je vše v mnohanásobně větším měřítku. I naše Galaxie má svou centrální černou díru. Má hmotnost „jen“ 4 miliony Sluncí a nachází se od nás ve vzdálenosti 25 000 světelných roků.

Radiogalaxie 3C 231 nevypadala na prvních snímcích nijak extravagantně. Z centrální černé díry se do okolí rozprostírají obří výtrysky, jejichž radiové laloky jsou ve vzdálenosti 850 tisíc světelných roků od mateřské galaxie. Výraznou změnu přinesl až kompozitní snímek z roku 2007, na němž je detailně znázorněna centrální oblast výtrysků v několika spektrálních oborech (od rentgenového po radiový). A na tomto snímku je dobře patrné, že se jeden z výtrysků ve vzdálenosti přibližně 20 000 světelných roků od mateřské galaxie „ohne“ o okraj blízké galaxie. Místo interakce výtrysku s materiálem galaxie intenzivně září v radiovém oboru. Na výzkumu se podílely observatoř 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″. (rentgenový obor), Hubblův dalekohledHST (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. (vizuální obor), infračervený dalekohled SpitzerSST (Spitzer Space Telescope) – Spitzerův vesmírný dalekohled. Kosmická observatoř NASA pracující v infračerveném oboru, která byla vynesena na oběžnou dráhu v srpnu 2003 nosnou raketou Delta 7920H ELV. Zrcadlo má průměr 85 cm. Přístroje byly chlazeny kapalným heliem na teplotu 5,5 K do roku 2009. Pozorovací spektrální rozsah byl v období chlazení 3÷180 μm. Od roku 2009 pracuje dalekohled v „teplém“ režimu – teplota celého dalekohledu je cca 30 K a pracuje jen přístroj IRAS na vlnových délkách 3,6 μm a 4,5 μm. Program observatoře má na starosti California Institute of Technology. a radioteleskopické sítě VLAVLA – Very Large Array, síť 27 radioteleskopů poskládaných do tvaru písmene Y umístěná v Socorru v Novém Mexiku. Průměr jedné antény je 25 metrů, hmotnost 230 tun. Elektronicky zpracovaná data poskytují rozlišení odpovídající základně 36 kilometrů a citlivost odpovídající jednomu dalekohledu o průměru 130 metrů. Síť provozuje National Radio Astronomy Observatory (NRAO) od roku 1980. a Merlin.

Radiové laloky ve vzdálenosti 850 000 ly jsou na snímku z radioteleskopické sítě VLA dobře patrné. Snímek byl pořízen v roce 1988 a už i na něm je vidět, že vnitřní část výtrysku nemíří přesně směrem k radiovému laloku v pravé horní části snímku. Zdroj: University of Manchester.

Nalevo je kompozitní snímek, na němž jsou patrné obě galaxie, oblast interakce výtrysku se satelitní galaxií a změna směru a struktury výtrysku po interakci. Velikost obrázku odpovídá střední struktuře na horním snímku. Kódování barev: nachová (RTG), červená (vizuální), oranžová (UV), modrá (radio). Ve vizuálním oboru jsou patrné obě galaxie. Napravo je umělecké ztvárnění situace pro ty, kdož mají malou fantazii. Určitě si jak snímek, tak uměleckou vizi dobře prohlédněte v detailnějších variantách. Zdroj: NASA/Chandra.

Závěr

Podrobná analýza plynu v okolí obou galaxií, způsobu narušení výtrysku a horké skvrny v místě interakce ukázala, že celý jev trvá astronomicky krátkou dobu, a je tedy velmi vzácný. Obě galaxie mají ve svých centrech černé díry. Menší galaxie obíhá kolem větší a do oblasti látky vyvrhované výtryskem doputovala před méně než milionem roků (poloha radiového laloku se ještě nezměnila). V horké skvrně v místě interakce je proto dosud patrné urychlování částic. Dostat se do palebného úhlu takového výtrysku nemusí být nic příjemného. Pokud by se ve směru výtrysku nacházely nějaké planety, přišly by nejen o atmosféry, ale i o případný život na povrchu. I my se občas díváme do výtrysků z černých děr velmi vzdálených galaxií – takovému jevu říkáme blazarBlazar – nejenergetičtější skupina galaxií s kompaktním aktivním jádrem. Buď jde o rychle proměnné kvazary OVV (Optically Violently Variable) nebo o proměnné galaxie typu BL Lacertae.. Jde ale naštěstí o vzdálenosti, ze kterých nás tyto výtrysky nemohou nijak ohrozit. Výtrysk z galaxie 3C 231 zasahuje satelitní galaxii ve vzdálenosti velmi malé – srovnatelné se vzdáleností Země od středu Galaxie – a ničí vše, co mu stojí v cestě.

Celkem zdařilá animace, na které je patrné, jak se satelitní galaxie blíží
do oblasti výtrysku a začne s ním interagovat. Zdroj: NASA/Chandra.

Odkazy