Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 46 – vyšlo 22. listopadu, ročník 17 (2019) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

46/2019

Když se galaxie sráží

Petr Kulhánek

Srážky galaxiíGalaxie – 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. jsou ve vesmíru dosti častým jevem. Před několika miliardami let dokonce probíhaly mnohem častěji, neboť k sobě byly galaxie blíže, než jsou dnes. Nepředstavujte si ale srážku galaxií jako nějakou katastrofu podobnou srážce dvou automobilů. Galaxie se spíše prolínají, k přímému střetu jednotlivých hvězd nedojde, na to jsou od sebe příliš vzdáleny. Vždyť i naše po Slunci nejbližší hvězda Proxima Centauri je ve vzdálenosti přes čtyři světelné roky. Pokud bychom vydělili plochu zaujímaný naším Sluncem a plochu kruhu, v jehož středu je Slunce a na jehož okraji je Proxima Centauri, dostali bychom číslo 3×10^-16. Taková je zhruba pravděpodobnost přímé srážky dvou hvězd. Ve skutečnosti se galaxie gravitačně ovlivňují, mění svůj tvar a v místech, kde se střetávají mezihvězdné mlhoviny, dochází k překotné tvorbě hvězd. Srážky galaxií jsou jedinečnou příležitostí, jak ověřovat naše představy o dynamice vesmírných dějů.

Galaxie Arp-Madore 2026-424 – čelní srážka dvou spirálních galaxií.
Zdroj: HST/ACS, 19. července 2019.

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. Katalog Arp-Madore – katalog neobvykle vypadajících galaxií na jižní obloze, který založil americký astronom Halton Christian Arp již v roce 1966. Tehdy do něho zařadil 338 galaxií. Později katalog rozšířila jeho partnerka Barry Madore, takže v roce 1987 obsahoval několik tisíc galaxií. Katalog nese jména obou astronomů. HST (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. ACS – Advanced Camera for Surveys, přístroj umístěný na HST při třetí servisní misi v březnu 2002 namísto starší kamery FOC. ACS má ostřejší obraz, širší zorné pole (202″×202″) a větší vlnový rozsah (blízké IR, V, celé UV) než WFPC2. Přístroj je složen ze širokoúhlé kamery, kamery s vysokým rozlišením a z kamery pro pozorování Slunce. V roce 2007 kamera selhala. Opravena byla při poslední servisní misi v roce 2009.

Halloweenské strašidlo

Srážející se galaxie jsou žádaným cílem různých programů probíhajících na Hubblově vesmírném dalekohleduHST (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.. Když jeho skleněné oko v polovině roku 2019 zamířilo na jižní oblohu do souhvězdí Mikroskopu, spatřilo dvě srážející se galaxie, které na první pohled připomínaly halloweenské strašidlo. Za oči šlo považovat jádra obou galaxií a prstenec překotně se rodících hvězd připomínal tváře a ústa strašidla. Mediální pracovníci z týmu Hubblova dalekohledu využili podobnost se strašidlem, a v období Halloweenu se proto vynořila řada zpráv o tomto objevu.

Nehledě na Halloween, jde o mimořádně zajímavou dvojici galaxií. Nachází se blízko hranice souhvězdí Mikroskopu a Střelce ve vzdálenosti 704 milionů světelných roků. Jde o dvě spirální galaxie, které se srážejí čelně. Taková srážka je velmi vzácná, většinou se galaxie při prvním střetu dotknou jen lehce, setrvačností kolem sebe proletí a teprve poté jsou opět přitaženy neúprosnou gravitační silou. Při čelní srážce se může vytvořit prstenec látky, který svítí modravým svitem nově vznikajících hvězd. Po splynutí obou galaxií vznikne ne příliš běžná prstencová galaxie a zdá se, že právě toto bude případ nově objevené dvojice, která nese název Arp-Madore 2026-424. Jde o objekt z katalogu Arp-MadoreKatalog Arp-Madore – katalog neobvykle vypadajících galaxií na jižní obloze, který založil americký astronom Halton Christian Arp již v roce 1966. Tehdy do něho zařadil 338 galaxií. Později katalog rozšířila jeho partnerka Barry Madore, takže v roce 1987 obsahoval několik tisíc galaxií. Katalog nese jména obou astronomů., do něhož američtí astronomové Halton Christian Arp a Barry Madore ve dvacátém století zařazovaly atypické galaxie z jižní oblohy.

Poloha galaxie Arp-Madore 2026-424 je vyznačena žlutočerveným kroužkem.
Mapa: Sky & Telesope.

ACS (Advanced Camera for Surveys), přístroj, který Hubblovým dalekohledem
„strašidlo“ objevil. Zdroj: HST/ACS.

Jevy při srážce

Při srážkách galaxií dochází k celé řadě fyzikálně zajímavých procesů. V prolínajících se mlhovinách vznikají turbulence a nestability, které mají za následek překotnou tvorbu hvězd. Takové mlhoviny se doslova stanou hvězdnými porodnicemi. Samozřejmě je nutné, aby byl v mlhovině dostatek vodíku, který poslouží jako palivo pro termojadernou syntézu v jádrech houfně vznikajících hvězd. Při srážkách ve vzdálené budoucnosti vesmíru tomu tak být nemusí, v galaxiích už bude většina materiálu vhodného pro termojadernou syntézu spotřebována předchozími generacemi hvězd.

Galaxie v průběhu srážky výrazně mění svůj tvar. Spirální galaxie přicházejí o svá ramena a po jejich sloučení se stanou obří eliptickou galaxií. Není jasné, zda se u takové galaxie mohou po mnoha miliardách let spirální ramena opěr vytvořit. Ve velkých kupách, například v Kupě v Panně, se nacházejí obří eliptické galaxie, které za svou existenci prošly několika srážkami, při nichž postupně získávaly další materiál z galaxií, které pohltily. Změna tvaru galaxií je předmětem mnoha numerických simulací. I naše Galaxie – Mléčná dráha – je na kolizní dráze s Velkou galaxií v Andromedě, za několik miliard let dojde k jejich splynutí a v místě střetu vznikne obří eliptická galaxie. Podle některých simulací je Místní skupina galaxiíMístní skupina galaxií – gravitačně vázaná soustava tří velkých spirálních galaxií: galaxie v Trojúhlelníku M33, Velké galaxie v Andromedě M31 a naší Galaxie – Mléčné dráhy. Místní skupina zaujímá v prostoru oblast o průměru 10 milionů světelných roků. Krom zmíněných velkých galaxií je členy Místní skupiny také osm desítek trpasličích galaxií tvořících satelity velkých spirál. Nejznámějšími trpaslíky jsou Magellanova oblaka – satelity Mléčné dráhy viditelné na jižní obloze a satelity galaxie v Andromedě označované M32 a M110. Termín Místní skupina (The Local Group) zavedl Edwin Hubble v knize „The Realm of the Nebulae“ v roce 1936. gravitačně vázána natolik, že odolává expanzi vesmíru a v budoucnosti se postupným slučováním galaxií stane jedinou obří galaxií. Takové předpovědi ale závisí na mnoha faktorech a jejich tvrzení jsou značně nejistá a diskutabilní.

Jedna z mnoha numerických simulací srážek dvou spirálních galaxií.
Zdroj: Advanced Vizualization Laboratory NCSA, NASA.

Pokud je správná představa, že většinu látky galaxií tvoří temná hmotaTemná hmota – hmota ve vesmíru nebaryonové povahy, která není složena z kvarků. Temná hmota udržuje pohromadě svítící objekty velkých rozměrů, které díky ní v periferních oblastech obíhají rychleji, než odpovídá gravitačnímu zákonu aplikovanému na viditelnou hmotu. Podle posledních odhadů na základě pozorování existuje ve vesmíru 5 % baryonové hmoty, 27 % temné hmoty a 68 % temné energie. Existuje několik hypotetických částic, které jsou vhodnými kandidáty na částice temné hmoty, dosud však nebyly objeveny. Termín „temná hmota“ zavedl v roce 1933 Fritz Zwicky, když zjistil, že se členové Kupy galaxií ve Vlasech Bereniky pohybují v průměru rychleji, než by odpovídalo gravitačním účinkům viditelné látky. Existují také teorie, které se pokoušejí vysvětlit rotační křivky galaxií a pohyby galaxií v kupách jiným způsobem než temnou hmotou., bude to právě ona, která bude zodpovědná za dynamiku srážky, ať už co se týče gravitace či setrvačných vlastností látky. Porovnávání numerických simulací se snímky skutečných srážek může napovědět mnohé o povaze temné hmoty, jejíž původ je dosud obestřen tajemstvím.

Dalším zajímavým jevem je splynutí obřích černých děrČerná 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. sídlících v centrech galaxií. Od devadesátých let 20. století byly ve středech velkých galaxií postupně objevovány obří černé díry, někdy jim říkáme veledíry nebo galaktické černé díry. Tyto objekty jsou jakýmsi hnacím motorem celé galaxie, v jejich okolí dochází v akrečním disku k řadě bouřlivých procesů a výtrysky z okolí černých veleděr často ovlivňují okolí galaxie až do velké vzdálenosti od ní. Při galaktických srážkách dojde ke splynutí centrálních černých děr. Podle našich znalostí by měl být tento jev doprovázen genezí gravitačních vln a nově budované přístroje, jako je například LISALISA – Laser Interferometry Satellite Antenna, společný projekt ESA a NASA tří sond obíhajících kolem Slunce. Jejich cílem mělo být interferometrické měření gravitačních vln. Ramena interferometru (vzájemná vzdálenost sond) měla být dlouhá pět milionů kilometrů. Realizace se postupně odsouvala, v roce 2011 NASA konstatovala, že projekt nemůže z finančních důvodů uskutečnit. ESA v projektu pokračovala pod názvem NGO (New Gravitational Observatory), v roce 2012 ale byla dána přednost jinému velkému projektu JUICE (mise k Jupiteru). Poté byl projekt vzkříšen pod názvem eLISA (evolved LISA) s rameny interferometru dlouhými „jen“ milion kilometrů. V roce 2017 se opětovně přepracovaný projekt dostal do výběru velkých (L3, Large) misí Evropské kosmické agentury pod původním názvem LISA. Finální délka ramen interferometru bude 2,5 milionu kilometrů. Start je plánován na rok 2034., by měly být schopny tyto vlny velmi nízkých frekvencí zachytit. Jak je patrné, fyzika srážejících se galaxií přináší řadu zajímavých jevů, které rozhodně stojí za to zkoumat. Tak, jak už to ale bývá, získáme odpovědi jen na některé otázky a mnoho dalších nezodpovězených otázek se nepochybně vynoří.

Odkazy