Úvodní strana  >  Články  >  Hvězdy  >  Výzkumy v ASU AV ČR (85): Fragmentace plynných obálek a vznik dalších generací hvězd

Výzkumy v ASU AV ČR (85): Fragmentace plynných obálek a vznik dalších generací hvězd

Evoluce povrchové hustoty pro samogravitující model (nahoře) a model dominovaný externím tlakem (dole). Čísla v levém horním rohu každého panelu značí čas (v milionech let) od počátku simulace. Je zjevné, že gravitační kolaps probíhá v těchto dvou režimech jinak.
Autor: František Dinnbier

František Dinnbier z ASU se detailně zabýval možným vznikem hvězd při tzv. indukované hvězdotvorbě, kdy se tvorba hvězd postupně „prokusuje“ mlhovinou. Výsledky ukazují, že charakter hvězdotvorby závisí nejen na vrstvičce, v níž hvězdy vznikají, ale také na parametrech okolního prostředí. 

Hmotné hvězdy s hmotnostmi většími, než je zhruba osminásobek hmotnosti Slunce, velmi výrazně ovlivňují své okolí zejména prostřednictvím fotoionizace, hvězdnými větry a také v závěru života, kdy tyto hvězdy zpravidla explodují jako supernovy. V minulosti odborníci navrhli scénář, kdy takové hvězdy kolem sebe ohřejí a ionizují okolní plyn, který potom expanduje. Expanze vyvolá sférickou rázovou vlnu, na jejíž vnějším okraji se shrnuje a zahuštuje materiál okolní mlhoviny, jež může za vhodných podmínek fragmentovat, samovolně gravitačně zkolabovat a vytvořit další generaci hvězd. Pokud jsou některé z nově vzniklých hvězd dostatečně hmotné, vytvoří kolem sebe expandující obálku hustého neutrálního vodíku a proces se opakuje. 

Z pozorování dnes víme, že sférické obálky jsou v galaktickém plynu běžnou strukturou, přičemž značné procento z těchto obálek obklopuje oblasti, v nichž se nacházejí horké a hmotné hvězdy spektrálních typů O a B. Tedy v souladu s výše navrženou myšlenkou. 
Moderní výzkum se však dostal dále, než jen k myšlenkovým experimentům, a již v minulosti odborníci pro tento mechanismus získávali kvantitativní odhady. V literatuře lze dohledat několik prací, v nichž autoři odhadují tzv. disperzní relaci gravitačního kolapsu, a to jak analyticky, tak s pomocí numerických simulací. Disperzní relace je klíčem k popisu průběhu kolapsu v samogravitující vrstvě nacházející se v okolním mezihvězdném prostředí. Popisuje totiž, jak se bude tato vrstva drobit, tedy jak budou narůstat fragmenty různých velikostí. Často tyto disperzní relace ukazují, že efektivně se zvětšují pouze fragmenty určitých velikostí, což dává odhad na hmotnostní spektrum nově vznikajících hvězd. 

Schéma provedeného numerického experimentu. Sférická slupka kolem kupy horkých hvězd (tmavě modrá) je nahrazena ve vyšetřovaném úseku vrstvou a vyšetřována ve dvou režimech – jednak v režimu externích sil (vlevo) a v režimu samogravitace (vpravo). Autor: František Dinnbier
Schéma provedeného numerického experimentu. Sférická slupka kolem kupy horkých hvězd (tmavě modrá) je nahrazena ve vyšetřovaném úseku vrstvou a vyšetřována ve dvou režimech – jednak v režimu externích sil (vlevo) a v režimu samogravitace (vpravo).
Autor: František Dinnbier
František Dinnbier z ASU, student Richarda Wünsche, studoval proces fragmentace vrstvy plynu v různých typech okolního prostředí s pomocí třírozměrné numerické simulace založené na hydrodynamickém popisu. Studovali zejména dva případy: případ, kdy je vrstvička z obou stran obklopena médiem, v němž je hlavní složkou tlaku přirozený termální pohyb částic, a pak případ, kdy z jedné strany na vrstvičku působí dynamický tlak. Numerická simulace umožňuje tyto situace vyšetřovat jednak v případě malých poruch, což je režim předpokládaný například v analytických odhadech disperzní relace v literatuře, ale také v případě poruch mimo tento režim, ve kterém je obecně obtížnější nalézt analytické řešení. 

Z výsledků vyplývá, že lineární režim malých poruch je vždy dobře popsán některou z analytických disperzních relací uvedených v literatuře. V případě nelineárního režimu se ovšem věci zásadním způsobem mění. Například v případě vrstvy umístěné v prostředí s nižší hodnotou externího tlaku sice začnou vznikat fragmenty určitých velikostí dle disperzní relace, ale ty se záhy protahují a vznikají filamentární struktury s náhodnou orientací, v jejichž nejhustších částech jsou podmínky pro samovolný kolaps do protohvězd. Pokud ovšem hraje větší roli externí tlak než vlastní gravitace plynu ve vrstvě, gravitační kolaps probíhá ve dvou krocích – nejprve do zhustků spíše sférických tvarů, které jsou ale gravitačně stabilní, hvězdy by tedy z nich vznikat nemohly. Teprve v následujícím kroku se zhustky vzájemně gravitačně přitahují a spojují do větších celků, v nichž již podmínky pro vznik hvězd nastat mohou. To je ovšem zcela jiný proces, kterým vrstva fragmentuje. Důvodem dvou různých scénářů kolapsu v závislosti na externím tlaku je různá odezva povrchu vrstvy na perturbace. Zatímco  v případě vrstev ohraničených prostředím s nižším externím tlakem perturbace téměř neovlivňují stav na povrchu vrstvy, vrstvy v prostředí s vysokým externím tlakem mají povrch silně ovlivněný přítomností perturbace, podobně jako vlny na povrchu nestlačitelné tekutiny.

Výše popsaný model působí dojmem akademické studie. Autoři jej však přímo aplikovali na případ  rozpínající se obálky kolem horké hvězdy s realistickými parametry. Autoři zjistili, že pro hustotu kolem 1000 částic v krychlovém centimetru a teplotu 10 kelvinů jde o režim s výrazným externím tlakem, v němž nakonec kolaps na nové hvězdy probíhat může. Autoři však poukazují, že nově vzniklé hvězdy by měly hmotnosti kolem tří Sluncí, tedy takové hvězdy by nemohly vytvořit druhotné oblasti ionizovaného vodíku a hvězdotvorba by se tímto stádiem zastavila. 

REFERENCE

Dinnbier, F., Wünsch, R., Whitworth, A. P, Palouš, J., Fragmentation of vertically stratified gaseous layers: monolithic or coalescence-driven collapse, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society v tisku, preprint arXiv:1701.02778

KONTAKT

Mgr. František Dinnbier
Oddělení galaxií a planetárních systémů Astronomického ústavu AV ČR
Email: fr.dinnbier@seznam.cz

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.



Seriál

  1. Na čem se pracuje v Ondřejově (1): Objev prvních B[e] nadobrů v Galaxii v Andromedě
  2. Na čem se pracuje v Ondřejově (2): Meteority Příbram a Neuschwanstein nedoprovázejí malá tělesa
  3. Na čem se pracuje v Ondřejově (3): Cesta k seismologii slunečních protuberancí
  4. Na čem se pracuje v Ondřejově (4): Předpověď slupky v galaxii NGC3923: cesta k ověření alternativní teorie gravitace?
  5. Na čem se pracuje v Ondřejově (5): Zašpinění bílí trpaslíci s magnetickým polem
  6. Na čem se pracuje v Ondřejově (6): Proudění plazmatu kolem slunečních skvrn
  7. Výzkumy na AsÚ AV ČR (7): SPLAT - mocný nástroj pro zobrazení a jednoduchou analýzu spekter
  8. Výzkumy na AsÚ AV ČR (8): Druhotná tvorba hvězd ve vznikajících galaxiích a hmotných hvězdokupách
  9. Výzkumy na AsÚ AV ČR (9): Hvězda v prachové obálce v okolí černé veledíry
  10. Výzkumy na AsÚ AV ČR (10): Střižné proudění ve sluneční atmosféře jako generátor elektrického pole
  11. Výzkumy na AsÚ AV ČR (11): Komplikovaná rotace planetky Apophis ovlivňuje její let Sluneční soustavou
  12. Výzkumy na AsÚ AV ČR (12): Protony slunečního větru ve vzdálenosti jedné astronomické jednotky od Slunce
  13. Výzkumy na AsÚ AV ČR (13): Chladný plyn v mezigalaktickém prostoru vytržen z galaxie ESO 137-001
  14. Výzkumy v AsÚ AV ČR (14): Bílá erupce pozorovaná spektrografem IRIS
  15. Výzkumy v AsÚ AV ČR (15): Be hvězda v těsné dvojhvězdě s horkým podtrpaslíkem
  16. Výzkumy v AsÚ AV ČR (16): Vliv rotačního směšování a metalicity na ztrátu hmoty hvězdným větrem
  17. Výzkumy v AsÚ AV ČR (17): Osiřelé penumbry jako testovací materiál pro teorii slunečních skvrn
  18. Výzkumy v AsÚ AV ČR (18): Detailní modely gravitačního pole Země
  19. Výzkumy v AsÚ AV ČR (19): Nejpřesněji určené parametry binární planetky
  20. Výzkumy v AsÚ AV ČR (20): Jasná Perseida s neobvykle vysokou počáteční výškou
  21. Výzkumy v AsÚ AV ČR (21): Prostorové mapování galaktického centra pomocí rentgenové polarimetrie
  22. Výzkumy v AsÚ AV ČR (22): Vliv atmosféry a oceánů na polohu rotační osy Země
  23. Výzkumy v AsÚ AV ČR (23): Analytický model Birkelandových proudů
  24. Výzkumy v AsÚ AV ČR (24): Ověřování zákrytového modelu proměnných aktivních galaktických jader
  25. Výzkumy v AsÚ AV ČR (25): Urychlování elektronových svazků ve slunečních erupcích
  26. Výzkumy v AsÚ AV ČR (26): Jak rotují kometární meteoroidy?
  27. Výzkumy v AsÚ AV ČR (27): Odhalovaná tajemství hvězdy se závojem
  28. Výzkumy v AsÚ AV ČR (28): Hvězdný vítr v dvojhvězdě s kompaktní složkou
  29. Výzkumy v AsÚ AV ČR (29): Rozšiřování magnetických trubic nad slunečními aktivními oblastmi
  30. Výzkumy v AsÚ AV ČR (30): Jak souvisejí astrosféry a astroohony s urychlováním částic kosmického záření?
  31. Výzkumy v AsÚ AV ČR (31): Dlouhodobé změny aktivity kataklyzmické proměnné V1223 Sgr
  32. Výzkumy v AsÚ AV ČR (32): Upřesnění základních parametrů planetky Apophis
  33. Výzkumy v AsÚ AV ČR (33): Možnosti měření magnetických polí ve sluneční chromosféře, přechodové oblasti a koróně
  34. Výzkumy v AsÚ AV ČR (34): Oblak G2 přežil průlet kolem centra Galaxie a je zřejmě mladou hvězdou
  35. Výzkumy v AsÚ AV ČR (35): Mateřské těleso meteoritu Čeljabinsk opět neznámé
  36. Výzkumy v AsÚ AV ČR (36): Nové dvojhvězdy s horkou podtrpasličí hvězdou a vlastnosti této populace hvězd
  37. Výzkumy v AsÚ AV ČR (37): Rekonstrukce vzhledu aktivního galaktického jádra
  38. Výzkumy v AsÚ AV ČR (38): Simulace chování astrofyzikálního plazmatu v extrémních podmínkách
  39. Výzkumy v AsÚ AV ČR (39): Drakonidy 2011 z letadla
  40. Výzkumy v AsÚ AV ČR (40): Kapitoly v učebnici Asteroids IV i od pracovníků AsÚ
  41. Výzkumy v AsÚ AV ČR (41): Balíček programů pro analýzu nemaxwellovských rozdělovacích funkcí částic ve sluneční atmosféře
  42. Výzkumy v AsÚ AV ČR (42): Tajemná povaha rentgenového zdroje Her X-1
  43. Výzkumy v ASU AV ČR (43): Vznik penumbry sluneční skvrny v přímém přenosu
  44. Výzkumy v ASU AV ČR (44): Rekurentní novy v galaxii M 31
  45. Výzkumy v ASU AV ČR (45): Možná naleziště ropy v Perském zálivu z gravitačních modelů
  46. Výzkumy v ASU AV ČR (46): Mohou být hvězdné pulsace zdrojem proměnnosti hvězdného větru?
  47. Výzkumy v ASU AV ČR (47): O původu meteorického roje Kvadrantid
  48. Výzkumy v ASU AV ČR (48): ALMA bude pozorovat i Slunce
  49. Výzkumy v ASU AV ČR (49): Vliv rentgenového záření na charakter hvězdných větrů v dvojhvězdách s hmotnou komponentou
  50. Výzkumy v ASU AV ČR (50): Turbulence plazmatu a kinetické nestability v expandujícím slunečním větru
  51. Výzkumy v ASU AV ČR (51): Vzhled rázové vlny hvězdy při průletu kolem centra Galaxie
  52. Výzkumy v ASU AV ČR (52): Mění srážky tvar planetek?
  53. Výzkumy v ASU AV ČR (53): Udržely póry sluneční cyklus v době Maunderova minima?
  54. Výzkumy v ASU AV ČR (54): Supererupce na hvězdě DG CVn
  55. Výzkumy v ASU AV ČR (55): Souvislost oblaků CO s obálkami HI v Mléčné dráze
  56. Výzkumy v ASU AV ČR (56): Nárůst kontinua ve slunečních erupcích – nové možnosti jejich předpovědí?
  57. Výzkumy v ASU AV ČR (57): Katalog videí dokumentujících pád bolidu Čeljabinsk
  58. Výzkumy v ASU AV ČR (58): Tisícileté cykly střední výšky světového oceánu
  59. Výzkumy v ASU AV ČR (59): Model expanze oblaků ve slunečním větru
  60. Výzkumy v ASU AV ČR (60): Detekce dopadů zemských miniměsíců
  61. Výzkumy v ASU AV ČR (61): Lze ze spektra aktivního galaktického jádra usoudit na povahu jeho zdroje?
  62. Výzkumy v ASU AV ČR (62): Lze pozorovat ohřev koróny nanoerupcemi?
  63. Výzkumy v ASU AV ČR (63): Neobvyklá rotace trpasličí galaxie je důsledkem nedávné srážky
  64. Výzkumy v ASU AV ČR (64): Přímé pozorování klouzavé rekonexe dalekohledem GREGOR
  65. Výzkumy v ASU AV ČR (65): Složky těsné vizuální dvojhvězdy 1 Del rozlišeny spektroskopicky
  66. Výzkumy v ASU AV ČR (66): Příčky v galaxiích jako důsledek vzájemného slapového působení
  67. Výzkumy v ASU AV ČR (67): Neobvyklé chemické složení zašpiněného bílého trpaslíka
  68. Výzkumy v ASU AV ČR (68): Hustota průmětů drah umělých družic Země na zemském povrchu a přesnost parametrů gravitačního pole Země
  69. Výzkumy v ASU AV ČR (69): Vlastnosti plazmatu ve slunečních protuberancích
  70. Výzkumy v ASU AV ČR (70): Útok létajících hadů - mohou vodíkové proudy fragmentovat na izolované oblaky vodíku?
  71. Výzkumy v ASU AV ČR (71): Vlastnosti satelitů planetek
  72. Výzkumy v ASU AV ČR (72): Rentgenová aktivita polaru AM Herculis
  73. Výzkumy v ASU AV ČR (73): Analýza spektra bolidu Benešov
  74. Výzkumy v ASU AV ČR (74): Když gravitační síla soupeří s elektromagnetickou – Elektricky nabitá látka v okolí zmagnetizované černé díry
  75. Výzkumy v ASU AV ČR (75): Co nám říkají erupce A hvězd o korónách G hvězd?
  76. Výzkumy v ASU AV ČR (76): Deset let optických dosvitů gama záblesků dalekohledy BOOTES
  77. Výzkumy v ASU AV ČR (77): Zdroje záření Lyman-α: Klíč k pochopení minulosti vesmíru?
  78. Výzkumy v ASU AV ČR (78): Hvězdné větry neobvyklých horkých hvězd
  79. Výzkumy v ASU AV ČR (79): Binární bílý trpaslík s magnetickou složkou
  80. Výzkumy v ASU AV ČR (80): Vznik druhé generace hvězd v hustých hvězdokupách
  81. Výzkumy v ASU AV ČR (81): Detekce sopek pod ledovým příkrovem Antarktidy
  82. Výzkumy v ASU AV ČR (82): Pozoruhodný vývoj sluneční póry
  83. Výzkumy v ASU AV ČR (83): Problémy zobrazování vícerozměrných astrofyzikálních dat
  84. Výzkumy v ASU AV ČR (84): Rumunský superbolid byl z neobvyklého materiálu
  85. Výzkumy v ASU AV ČR (85): Fragmentace plynných obálek a vznik dalších generací hvězd
  86. Výzkumy v ASU AV ČR (86): Vzplanutí typu zebra jako diagnostika vlastností plazmatu
  87. Výzkumy v ASU AV ČR (87): Zrcadlová nestabilita v turbulentním slunečním větru
  88. Výzkumy v ASU AV ČR (88): Molekulární plyn v „kometárním“ ohonu galaxie
  89. Výzkumy v ASU AV ČR (89): Jsou aktivní galaktická jádra podobná rentgentovým dvojhvězdám?
  90. Výzkumy v ASU AV ČR (90): Nové určení periody pohybu zemského pólu
  91. Výzkumy v AsÚ AV ČR (91): Prášící supernovy a přebytek infračerveného záření u mladých hvězdokup
  92. Výzkumy v ASU AV ČR (92): Mohou neutronové hvězdy za magnetismus černých veleděr?
  93. Výzkumy v ASU AV ČR (93): Videometeory jako nástroj určení orbit meteoroidů
  94. Výzkumy v ASU AV ČR (94): Kouřové kroužky ve slunečních erupcích
  95. Výzkumy v ASU AV ČR (95): Nalezneme kolem B[e] nadobra pastýřské planety?
  96. Výzkumy v ASU AV ČR (96): Prostorová rekonstrukce protuberance typu tornádo
  97. Výzkumy v ASU AV ČR (97): Globální modely hvězdného větru odhalují menší hmotnostní ztráty horkých hvězd
  98. Výzkumy v ASU AV ČR (98): Je rychlý trpaslík pozůstatkem nepovedeného výbuchu supernovy?
  99. Výzkumy v ASU AV ČR (99): Polarizace rentgenového záření umožní na dálku změřit černou veledíru


O autorovi

Michal Švanda

Michal Švanda

Doc. Mgr. Michal Švanda, Ph. D., (*1980) pochází z městečka Ždírec nad Doubravou na Českomoravské vrchovině, avšak od studií přesídlil do Prahy a jejího okolí. Vystudoval astronomii a astrofyziku na MFF UK, kde poté dokončil též doktorské studium ve stejném oboru. Zabývá se sluneční fyzikou, zejména dynamickým děním ve sluneční atmosféře, podpovrchových vrstvách a helioseismologií a aktivitou jiných hvězd. Pracuje v Astronomickém ústavu Akademie věd ČR v Ondřejově a v Astronomickém ústavu Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze, kde se v roce 2016 habilitoval. V letech 2009-2011 působil v Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung v Katlenburg-Lindau v Německu. Astronomií, zprvu pozorovatelskou, posléze spíše „barovou“, za zabývá od svých deseti let. Před začátkem pracovní kariéry působil v organizačním týmu Letní astronomické expedice na hvězdárně v Úpici, z toho dva roky na pozici hlavního vedoucího. Kromě astronomie se zajímá o letadla, zejména ta s více než jedním motorem a řadou okýnek na každé straně. Více o autorovi na jeho webových stránkách svanda.astronomie.cz.

Štítky: Hvězdotvorné oblasti, Numerická simulace, Astronomický ústav AV ČR


43. vesmírný týden 2017

43. vesmírný týden 2017

Přehled událostí na obloze od 23. 10. do 29. 10. 2017. Měsíc bude v první čtvrti. Saturn je večer nízko nad jihozápadem. Téměř celou noc jsou vidět planety Neptun a Uran, ráno navíc jasná Venuše a slabší Mars. Jupiter je za Sluncem. Aktivita Slunce je nízká. Dozvěděli jsme se, že poslední zdroj gravitačních vln, zachycený společně s Virgo, byl splynutím dvou neutronových hvězd. Rampa SLC-40 na Floridě, kde došlo loni k explozi rakety Falcon 9, už brzy bude hostit další starty. Na ISS skončila série tří údržbářských výstupů do volného prostoru.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Vteřiny před a po zatmění

Velké americké zatmění. Tak jej, pro nás přeci jen trochu velikášsky, nazvali sami Američané. Na druhou stranu se jim není co divit. Pás totality, tedy oblast viditelnosti úplného zatmění, se táhla skrze celou Ameriku. Prakticky od pustého severozápadu až po zalidněný jihovýchod. Zejména

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Startrails a lietadlo

20.10.2017; 21:35 LSEČ; Canon 350D+Samyang 8/3.5; 15x27s v 3s intervaloch. 1600ISO; Tesárske Mlyňany.

Další informace »