4. září 2023
Hubbleův dalekohled je i přes své stáří a vypuštění Webbova dalekohledu stále jedním z nejpokročilejších teleskopů v kosmickém prostoru. Ačkoliv se občas objevovaly názory, že by bylo možné po spuštění dalekohledu Jamese Webba ukončit jeho provoz, Hubble nám dnes a denně prokazuje, že stále představuje pro astronomický výzkum velký přínos, jak jsme si na našem webu ukazovali v nedávné minulosti již několikrát. Dnes se podíváme na další zajímavý výsledek, možné vysvětlení jedné ze záhad týkající se kup galaxií.
Kupy galaxií
Místní skupina galaxií.
Zdroj: https://earthsky.org/
Většina galaxií ve vesmíru se nevyskytuje samostatně, ale spadá do větších celků jimž říkáme kupy galaxií. Běžná kupa obsahuje stovky až tisíce galaxií. Přitom je podstatné, že tyto jsou k sobě gravitačně vázány. Ve skutečnosti však existují v kosmu i větší struktury, tzv. nadkupy, z nichž některé patří mezi největší známé útvary ve vesmíru. My se ale budeme dále věnovat jen kupám.
Naše Galaxie paradoxně patří „jen“ do Místní skupiny galaxií, ale nepřísluší k žádné kupě. V našem sousedství však pozorujeme takových kup celu řadu, nejznámější jsou kupy galaxií v souhvězdí Panny a v souhvězdí Vlasů Bereniky. V zásadě rozlišujeme dva typy kup. V prvním typu nalezneme velké množství galaxií, ve druhém jen poměrně málo.
Kupa galaxií v Panně.
Zdroj: http://www.atlasoftheuniverse.com/
Více početné kupy se vyznačují tím, že mají jako celek kulový tvar. Ve středu leží obří eliptické galaxie, zatímco v okrajových částech galaxie spirální a výjimečně nepravidelné. Naopak kupy s menším počtem galaxií mají nepravidelný tvar, chybí jim středové zahuštění a dominují v nich galaxie spirální a nepravidelné.
Právě kupa galaxií v Panně je typickým příkladem takové větší kulové kupy. Obsahuje asi 100 velkých galaxií, z nich 30 dosahuje magnitudy 10,5 nebo nižší. Celkově ovšem kupa obsahuje 1 300 známých galaxií a úhrnný počet, včetně dosud neobjevených členů, se odhaduje asi na 2 000 galaxií. Tři čtvrtiny patří mezi galaxie spirální, téměř 25 % mezi galaxie eliptické a malý zlomek jsou galaxie nepravidlené.
Nicméně právě eliptické galaxie se soustředí kolem jádra kupy a jsou také ze všech členů největší. Mezi ně patří i M87 známá galaxie, v níž byla soustavou radioteleskopů Event Horizon Telescope poprvé přímo nasnímána supermasivní černá díra a její okolí.
Světlo duchů v kupách galaxií
Kupa galaxií v souhvězdí Vlasů Bereniky.
Zdroj: http://annesastronomynews.com/
Právě v obřích kupách dochází k velmi zajímavému jevu. Astronomové si všimli, že se zde nachází značný počet hvězd, které nepatří k žádné z galaxií dané kupy, k žádné nejsou gravitačně vázány. Jen bezcílně putují mezi nimi, podobně jako duchové ve fantasy světech a vyzařují přitom typické světlo, někdy nazývané právě světlo duchů. Poprvé jej detekoval švýcarsko – americký astronom Fritz Zwicky u kupy galaxií ve Vlasech Bereniky roku 1951.
Odborníci stáli před otázkou, jak se hvězdy mohly po celé kupě takto rozšířit. V úvahu přichází několik možností. Může jít o hvězdy, které původně patřily k některé z galaxií kupy, ale nějakým neznámým katastrofickým dějem z ní byly vymrštěny. Nebo může jít o hvězdy, které se uvolnily při dřívějším sloučení některých galaxií v kupě. Ale mohly zde být přítomny už od počátku. V takovém případě by byly starší než kupa samotná, nebo stejně staré. Pak by celou dobu, po miliardy let, byly volné, bez gravitační vazby na konkrétní galaxii.
Výzkum Hubbleova dalekohledu
Hubbleův kosmický teleskop v zadní části nákladového prostoru čeká na důkladnou omlazovací kůru.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/
Pro bádání na této nesnadno zodpověditelné otázce nedávno specialisté využili Hubbleův dalekohled. Pozorování proběhlo v blízké infračervené oblasti a zahrnovala deset kup galaxií vzdálených asi 10 miliard světelných let. Pro podobný průzkum je pozorování z kosmického prostoru nezbytné, ani nejlepší pozemské dalekohledy by podobný úkol nezvládly, protože hledané světlo hvězd uvnitř velmi vzdálené kupy je extrémně slabé. Při pozorování ze Země by bylo mnohokrát přesvíceno jinými zdroji.
Zjistilo se, že by se hvězdy teoreticky mohly uvolnit tím, že se galaxie pohybují mezigalaktickým materiálem při oběhu centra kupy. Interakcí galaxie a mezigalaktického prostředí dochází k vytlačování materiálu z galaxie. Fyzikové stojící za výzkumem však tento mechanismus dokázali vyloučit. Jde o to, že pokud by se hvězdy v kupě uvolňovaly tímto způsobem, v bližších kupách by mělo být pozorováno více světla duchů, než ve vzdálenějších. Jenže tak tomu není. Podíl světla duchů, vzhledem k celkovému světlu kup, zůstává v čase konstantní.
Snímky dvou vzdálených masivních kup galaxií pořízených v rámci této kampaně Hubbleovým dalekohledem. Vlevo MOO J1014+0038, vpravo SPT-CL J2106-5844. Modrá záře ukazuje na světlo duchů, oproti skutečnosti je zde však toto světlo velmi zvýrazněno.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
To ukazuje na skutečnost, že volné hvězdy byly stejně volné už před miliardami let. Tím se současně vylučuje i možnost uvolnění těchto hvězd v nedávné historii kosmu. Kdyby nějaký katastrofický scénář dokázal uvolnit hvězdy z jejich galaxií v nedávné minulosti, neměly by ještě dost času, aby se rozptýlily rovnoměrně po celé kupě a nesledovaly by tedy ani rozložení temné hmoty.
Naopak, pokud byly tyto samostatné hvězdy v kupě přítomny vždy a nebo vznikly těsně po zrodu samotné kupy, měly dostatek času se dostatečně rozptýlit. To vědcům mimo jiné umožní sledovat rozložení temné hmoty v kupě. Jde o novou metodu, která může vhodně doplnit tradičnější postup, kdy se temná hmota mapuje pomocí gravitačního čočkování, tedy sledování toho, jak kupa deformuje obraz vzdálenějších objektů ležících na pozadí.
Vyřešili jsme další fyzikální problém?
Bullet Cluster. Temná hmota modře na okrajích, rentgenový plyn uprostřed červeně. K objasnění povahy temné hmoty může přispět i dnes představený výzkum.
Zdroj: https://www.esa.int/
Znamená nový výzkum vysvětlení záhady světla duchů v kupách galaxií? Ne tak docela. Víme, že volně se pohybující hvězdy nemohly být vyvrženy jedním z navrhovaných mechanismů a také to, že nemohlo dojít k jejich uvolnění v nedávné době, tedy jinými slovy, tyto hvězdy musely být vesmírnými bezdomovci už v rané fázi formování daných kup.
Stále ale nevíme, proč nejsou gravitačně vázány k žádné galaxii. Zda je to proto, že byly volné vždy a vznikaly současně s kupou, nebo jestli původně k nějaké galaxii patřily, ale velmi brzy se osamostatnily. To by nebylo nic divného, jelikož v raném vesmíru se vyskytovaly mnohem menší galaxie a k uvolnění značného množství hvězd tak stačil jen relativně malý impulz.
JWST. I on by se měl do výzkumu zapojit.
Zdroj: https://www.treking.cz/
Přesto je popsaný výzkum nesmírně užitečný, neboť pomáhá celou situaci pochopit a vylučuje některé dosud zvažované varianty. Pokud v další fázi bádání zjistíme odkud nezávislé hvězdy uvnitř kup pocházejí, pomůže nám to lépe porozumět minulému i současnému vývoji kup galaxií a také to aspoň drobně pomůže objasnění velké záhady, jíž je temná hmota.
Závěr
Jak už to v podobných případech bývá, na řešení nějaké otázky se i v tomto případě spojí více přístrojů. Hubbleův dalekohled perfektně posloužil požadovanému účelu a ukázal nám cestu. V blízké budoucnosti se do pátrání zapojí i nový Webbův teleskop, který by se svými schopnostmi pozorování v infračervené části spektra mohl otázku světla duchů v kupách galaxií definitivně vyřešit, či nás alespoň posunout výrazně blíže k rozřešení této záhady.
Opravy a doplnění
- 4. 9. 2023 04:40 – Na základě upozornění jednoho z uživatelů na chybu v úvodu jsem celý úvod přepsal.
Použité a doporučené zdroje
- ESA Hubble: https://esahubble.org/
- NASA Hubble: https://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/main/index.html
Zdroje obrázků
- https://cdn.geekwire.com/wp-content/uploads/2018/10/181008-hubble.jpg
- https://earthsky.org/upl/2018/12/localgrp-1.gif
- http://www.atlasoftheuniverse.com/galgrps/vir.gif
- http://annesastronomynews.com/wp-content/uploads/2012/02/The-Coma-Cluster-by-Adam-Block.jpg
- https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/06/Hubble_docked_in_the_cargo_bay.jpg/1280px-Hubble_docked_in_the_cargo_bay.jpg
- https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/hubble_galaxyghostlight2_stsci-01ggtckhg417ybeaf7egn41mg2.png
- https://www.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2007/07/the_bullet_cluster2/10084622-2-eng-GB/The_Bullet_Cluster.jpg
- https://www.treking.cz/astronomie/james-webb-space-telescope2.jpg
Rubrika 
Štítky: 
Nahrávání ...
Světlo duchů https://www.nasa.gov/feature/goddard/2023/hubble-finds-that-ghost-light-among-galaxies-stretches-far-back-in-time
I z textu tohoto odkazu chápu pouze, že „vím, že nic nevím“
Domýšlím se z fotek, že miliardy(?) hvězd se motají vně některých galaxií. Ale jaký je jejich počet v poměru k počtu hvězd v galaxií, okolo které se motají?
Tam se to skutečně nepíše. 🙂 Jak už jsem uváděl v komentáři níže, pro první kupu u níž byl tento jev pozorován jde o asi 200 miliard hvězd v mezigalaktickém prostoru mezi jednotlivými objekty kupy. Pokud jde o poměr hvězd vůči jednotlivým galaxiím, Abell 2744 je obří kupa s množstvím masivních spirálních a eliptických galaxií. Konkrétně jich známe asi 500, ale započteme-li i různé nepravidelné a jiné malé galaxie, které se nám v této vzdálenosti těžko hledají, může kupa obsahovat až několik tisíc galaxií. Těch 200 miliard hvězd odpovídá řádově počtu hvězd v jedné z oněch větších spirálních galaxií. Takže jde tedy přibližně o ekvivalent počtu hvězd jediné z těchto velkých galaxií, popřípadě ekvivalent 4-6 menších galaxií. Poměr volných hvězd ku hvězdám v galaxii je tedy zhruba 1 : 500, ale spíše ještě více ve prospěch hvězd v galaxiích (musíme započítat i menší dosud neobjevené galaxie této kupy).
Děkuji. Dá se předpokládat, že některé z hvězd duchů mají i planety? Že tedy cestuje jakási „sluneční soustava“?
S ohledem na to, jak moc jsou rozšířené planetární soustavy v Mléčné dráze není důvod si myslet, že by tomu u jiných galaxií a kup galaxií mělo být jinak. A to i přesto, že zatím žádnou spolehlivě potvrzenou planetu mimo naši Galaxii neznáme. Zatím ale vše ukazuje na to, že by stejné zákonitosti jako platí v našem okolí měly platit v celém viditelném kosmu. Lze tedy důvodně očekávat, že i u volných hvězd v kupách galaxií nepatřících k žádnému konkrétnímu členu kupy, mohly a měly existovat planety a planetární soustavy. A nic na tom nemění to, že by se nějaké z daných hvězd mohly uvolnit třeba při srážkách galaxií. Taková srážka je totiž vlastně spíše splynutí, které většinu hvězd neovlivní a pokud je ovlivní, tak právě vykopnutím do mezigalaktického prostoru. Nedají se ale příliš často očekávat srážky s jinými hvězdami nebo to, že by se dvě hvězdy mohly ovlivnit tak, že by jedna přišla o planety.
V souvislosti s předchozím dotazem by mne zajímalo, jak astronomové ty hvězdy „duchy“ identifikovali. Viděli je jako jednotlivé hvězdy, což se mi zdá na tu obrovskou vzdálenost asi vyloučené nebo jako svit mezigalaktického prostoru mezi galaxiemi kupy?
Vidět jednotlivé hvězdy v takto velké vzdálenosti lze pochopitelně jen ve velmi výjimečných případech (viz příští díl Webba). Jinak se ovšem jednotlivé hvězdy rozpoznat nedají, identifikuje se právě jen jejich světla v mezigalaktickém prostoru. A i to dost těžko, jejich příspěvek k celkové jasnosti kupy sice nelze zcela zanedbat, ale v podstatě se utápí v září mnohem jasnějších okolních galaxií.
Díky za zajímavý článek. Chybí mi tu však jeden podstatný údaj o podílu těch hvězd „duchů“ na počtu hvězd v kupě resp. podílu jejich hmotnosti. Nevím zda je tento údaj uveden v originálním dokumentu. Chápu to tak, že ti duchové jsou gravitačně vázaní k celé kupě vč. temné hmoty tj. obíhají kolem gravitačního centra celé kupy. Jakou roli u nich hraje temná hmota?
Děkuji. Ano, ty volné hvězdy jsou vázány na celou kupa včetně temné hmoty. Údaj o jejich počtu nevím pro každou konkrétní kupu. Nicméně světlo duchů bylo poprvé objeveno v obří kupě Abell 2744 (Pandora cluster), kde se odhaduje, že se jedná o asi 200 miliard hvězd, jejichž slabé světlo je nejsnáze viditelné v blízké infračervené oblasti. Pro úplnost jen dodávám, že Abell 2744 je obří struktura vzniklá srážkami několika menších kup galaxií. Obsahuje několik stovek známých galaxií.