Úvodní strana  >  Články  >  Vzdálený vesmír  >  Výzkumy v ASU AV ČR (103): O vzniku kulových hvězdokup

Výzkumy v ASU AV ČR (103): O vzniku kulových hvězdokup

Zjednodušené schéma vzniku generací hvězd ve staré kulové hvězdokupě. (a) V mlhovině exploduje hvězda populace III. (b) V obálce tlačené rázovou vlnou vznikají hvězdy první generace. (c) Hvězdy první generace jsou zdrojem mohutných hvězdných větrů. (d) Souhrou větrů z více hvězd vzniká dostředná obálka, která fragmentuje a vytváří hvězdy druhé generace.
Autor: Simone Recchi

Kulové hvězdokupy jsou velice zajímavými útvary v dalekém halu naší Galaxie, ale i v galaxiích jiných. Tato seskupení velice starých hvězd se stále poněkud vzpírají pokusům o vysvětlení. Simone Recchi z ASU společně s dalšími kolegy z Oddělení galaxií a planetárních systémů s pomocí numerických simulací vyšetřovali možný scénář vzniku těchto objektů.

Kulové hvězdokupy jsou gravitačně vázanými seskupeními hvězd, jež jsou v dynamické rovnováze, tzn. že hvězdokupa jako celek ani neexpanduje ani nekolabuje. Hvězdy v kulových hvězdokupách jsou velmi staré a v jedné z nich jich napočítáme až stovky tisíc. Ještě donedávna se astronomové domnívali, že všechny hvězdy v dané kulové hvězdokupě vznikly společně a se stejným chemickým složením. Až nedávná pozorování poukázala na zajímavé nesrovnalosti. V těchto objektech se například nachází několik populací hvězd, a to v některých případech až sedm. To se týká především starších hvězdokup, ty mladší pravděpodobně nevykazují zjevné známky více populací. Zdá se tedy, že v raném vesmíru, kdy vznikaly staré kulové hvězdokupy, musely existovat nějaké speciální podmínky, které jejich vlastnosti odlišují. Hvězdy v jednotlivých populacích kulové hvězdokupy se liší chemickým složením, což se nejlépe dá vysvětlit tak, že pozorované populace odpovídají generacím hvězd, kdy se ty pozdější tvoří z materiálu obohaceného produkty jaderného vývoje generací předchozích. Míra obohacení těžšími prvky však neodpovídá hmotě vyvržené supernovami, které by jinak přirozeně vysvětlily mnohé jiné vlastnosti. Navíc se zdá, že generace hvězd v kulových hvězdokupách vznikaly při v čase dobře omezených událostech, hvězdotvorba tedy neprobíhala neustále. Nejstarších hvězd je v současnosti v hvězdokupách výrazně méně, než by odpovídalo hvězdnému vývoji. Jakoby nějaký mechanismus hvězdy nejstarší generace z hvězdokupy odstraňoval.

Simone Recchi i další pracovníci Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU navrhují hypotézu, která elegantně vysvětluje mnohé z podivných vlastností kulových hvězdokup. O obohacení se totiž mohly zasloužit obří hvězdy úplně první generace hvězd ve vesmíru, tedy tzv. populace III. Takové hvězdy dnes již ve vesmíru neexistují. Předpokládá se, že byly extrémně chudé na těžší prvky a jejich hmotnosti mohly dosahovat dnes nepřekonatelných hranic – více než 150násobku hmotnosti Slunce.

Obecná představa scénáře je tedy taková, že z obřího molekulového oblaku se stane zárodek kulové hvězdokupy a v jejím centru se zformuje přinejmenším jedna hvězda populace III. Ta exploduje a vzniklá rázová vlna před sebou hrne původní materiál, čímž vytváří hustou obálku. Současně se původní materiál promíchává s vyvrženou látkou z hvězdy, ta je však již obohacena o těžší prvky. Rozpínající se obálka fragmentuje, fragmenty gravitačně kolabují a vzniká první generace hvězd.

Mnohé z těchto hvězd jsou hvězdami horkými s velmi silnými hvězdnými větry. Přinejmenším polovina hmoty vanoucí ve větrech se posouvá směrem ke středu kupy, tedy do místa, kde explodovala původní hvězda populace III. Ve středové oblasti se setkávají hvězdné větry více hvězd, plyn se zde zahušťuje a efektivně ochlazuje. Vzniká tak prostor pro vznik další generace hvězd. Látka z hvězdných větrů se nemusí zahušťovat až v samotném středu, ale k nadkritickému zhuštění může docházet v nové obálce, která se pohybuje směrem do nitra. Každopádně se vznikem další generace hvězd se proces může opakovat.

Scénář tedy vysvětluje, proč se více populací objevuje především u starých kulových hvězdokup. V nových již nemohou vznikat extrémně hmotné hvězdy populace III, neboť látka molekulových oblaků je až přiliš „znečištěna“ těžšími prvky. Každá generace hvězd vzniká pouze poté, když látka v obálce přesáhne podmínky pro fragmentaci. Navíc, první generace hvězd vznikla v obálce rozpínající se ven z kupy, vzniklé hvězdy si tedy zachovaly velkou část momentu hybnosti a mnohé z nich mohly hvězdokupu dávno opustit. Tyto podmínky pro pozdější generace již nenastaly, neboť ty vznikají v obálkách pohybujících se směrem dovnitř. Pokud by pozdější generace vznikající fragmentací dostředných obálek vznikaly rychle, ještě předtím, než hvězdy první generace začaly explodovat jako supernovy, vysvětlily by se i rozpory v chemickém složení pozdějších generací.

Autoři tento scénář prověřovali s pomocí numerických simulací, které v sobě zahrnují velké množství fyzikálních efektů, které v takovém problému přicházejí v úvahu. Simulace velmi dobře odpovídají výše nastíněnému scénáři. Výpočet začíná umělým výbuchem hvězdy populace III, která při explozi do okolního oblaku uloží 1046 J energie, což je o dva řády více, než kolik odpovídá výbuchu běžné supernovy. Vytváří se rázová vlna pohybující se ven, která zhušťuje okolní mlhovinu. Ta velmi záhy, přibližně 5 milionů let po výbuchu fragmentuje a ve vzdálenosti kolem 20 pc od centra mlhoviny mohou vznikat hvězdy první generace. Časová škála poněkud závisí na počátečních podmínkách modelu, při větší původní hustotě obálka fragmentuje rychleji. Nové hvězdy „společnými silami“ vytváří dostředný vítr, který se účinně chladí a opět velmi rychle, jen o něco déle než za půl milionu let, fragmentuje a vytváří hvězdy druhé generace. Opět v závislosti na modelu může být tato časová škála delší, pro hustší původní plyn se tato fáze natahuje až na jednotky milionů let. Teprve po třech milionech let začnou explodovat jako supernovy typu II nejhmotnější hvězdy první generace. Mnohé z těchto hvězd si uchovaly moment hybnosti, od hvězdokupy se odpoutávají a unikají do okolního prostoru.

Autoři v tomto kroku simulaci ukončili a slibují, že v navazujících projektech budou studovat vznik dalších generací.

REFERENCE

Recchi, S. a kol., Globular Cluster formation in a collapsing supershell, Astrophysics and Space Science 362 (2017) article id.183, preprint arXiv1708.05053.

KONTAKT

Dr. Simone Recchi, Ph. D.
Oddělení galaxií a planetárních systémů Astronomického ústavu AV ČR
Email: simone.recchi@asu.cas.cz

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

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



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: Populace III, Population III, Kulová hvězdokupa, Astronomický ústav AV ČR


50. vesmírný týden 2017

50. vesmírný týden 2017

Přehled událostí na obloze od 11. 12. do 17. 12. 2017. Měsíc bude v novu. Večer je vidět Neptun a Uran. Nad ránem je vidět Mars a Jupiter. Týden bude nabitý kosmonautikou. Blue Origin by mohla provést test kabiny pro balistické skoky. SpaceX provedla úspěšně statický zážeh na rampě SLC-40 a očekáváme start s lodí Dragon k ISS. Startovat by měla také čínská raketa CZ-3B, z Nového Zélandu raketa Electron, Ariane 5 s dalšími družicemi Galileo, přistávat má Sojuz MS-05 s částí posádky z ISS a naopak vydat se tam má další posádka v lodi Sojuz MS-07.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Temná mračna v Perseovi, IC348, NGC1333

Titul Česká astrofotografie měsíce za listopad 2017 obdržel snímek „Temná mračna v Perseovi“,  jehož autorem je Evžen Brunner Podzimní čas, zejména v našich končinách, nebývá velkým příznivcem astrofotografů. Ti bojují nejen s tradičními mraky, mlhami a deštěm, ale i s rosením

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Pravé parhelium

Pravé parhelium

Další informace »