Úvodní strana  >  Články  >  Vzdálený vesmír  >  Výzkumy v ASU AV ČR (77): Zdroje záření Lyman-α: Klíč k pochopení minulosti vesmíru?

Výzkumy v ASU AV ČR (77): Zdroje záření Lyman-α: Klíč k pochopení minulosti vesmíru?

Snímek galaxie J0925 typu zelený hrášek z Hubbleova dalekohledu. Průměr této galaxie je přibližně 6000 světelných let, je tedy asi dvacetkrát menší než Mléčná dráha. Byly takové galaxie typickými zástupci této třídy kosmických objektů v raném vesmíru?
Autor: (c) NASA

V dávné minulosti vesmíru sehrála důležitou roli tzv. reionizace, kdy se po zformování prvních hvězd proměnil molekulární plyn v plyn ionizovaný, přičemž v tomto stavu zůstal ve velké míře dodnes. Předpokládá se, že tato událost zásadně ovlivnila vznik a vývoj prvních zárodků galaxií. Bohužel není zřejmé, jaké typy objektů byly skutečně zdroji zmíněné reionizace. Byly to kvazary, nebo galaxie, v nichž docházelo k intenzivní tvorbě hvězd? Odpovědi na tyto otázky hledal tým, v němž důležitou roli sehrála Ivana Orlitová z ASU. 

Je to možná překvapivé, ale poměrně záhy po Velkém třesku, trvalo to snad pouhých půl milionu roků,  klesla teplota v prudce rozepnutém vesmíru pod hranici přibližně 3000 K. Pod touto teplotou původně horký ionizovaný plyn rekombinuje a stává se plynem neutrálním. Neutrální plyn září jen nepatrně na vlnové délce 21 cm a ve Vesmíru se tak započalo období temna. To bylo přerušeno až po dalších přibližně 250 milionech let, kdy se gravitačním kolapsem zformovaly první hvězdy. Ty se staly zdroji intenzivního záření v ultrafialové oblasti spektra, které opětovně ionizovalo neutrální plyn. 

Jaké přesně objekty mohly za reionizaci není zcela zřejmé. Hlavní podezřelí jsou dva. Jednak kvazary, aktivní jádra hmotných galaxií, která vyzařují do prostoru velké množství vysokoenergetických fotonů. Jako zdroje by byly kvazary dobré, bohužel se až donedávna zdálo, že jich bylo ve vesmíru málo na to, aby mohly být efektivním zdrojem opětovné ionizace vesmíru. Druhým kandidátem jsou hmotné hvězdy v galaxiích, především horké hvězdy spektrálního typu O a B. Tyto masivní hvězdy jsou jistě četnějšími zdroji ionizujícího záření než kvazary, otevřenou otázkou ovšem zůstává, kolik vhodných vysokoenergetických fotonů vůbec může uniknout z mezihvězdného prostředí v galaxiích. Je také obtížné je přímo pozorovat. 

Autoři představované práce se zaměřili zejména na druhou z hypotéz. Studovali záření v čáře Lyman-α, tedy spektrální čáře vodíku v ultrafialové oblasti, která vzniká přeskokem elektronu z druhé energetické hladiny na první. Lyman-α je v principu nejsilnější čarou vodíku a zároveň je vodík nejhojnějším prvkem ve vesmíru. Z tohoto důvodu je Lyman-α nejvhodnější spektrální oblastí pro pozorování galaxií ve vzdáleném vesmíru (s kosmologickým posuvem z>2, kdy pozorujeme objekty mladší než 3 miliardy let).

Ovšem, stejně jako je vysoká pravděpodobnost přeskoku elektronu mezi hladinami, a tedy vzniku záření Lyman-α, jež původně vzniklo v plynu v okolí horkých hvězd, je vysoká i pravděpodobnost jeho následného pohlcení jiným atomem vodíku v okolí. Záření Lyman-α tedy putuje složitou cestou skrze mezihvězdnou látku, prodělává násobné rozptyly a ne vždy se dostane z galaxie ven. Pozorovat pak můžeme jen tu jeho část, která doputovala do oblasti s dostatečně nízkou hustotou plynu a prachu. Zároveň se při interakci s atomy v pohybu poněkud změní frekvence záření díky Dopplerovu jevu. Při změněné frekvenci je pak pravděpodobnost pohlcení menší a záření může z galaxie uniknout snadněji. Záření Lyman-α k nám tedy zpravidla dorazí ztlumené, se změněným spektrem a z jiných míst, než kde bylo vytvořeno. Ke správné interpretaci výsledků je pak třeba použít numerické modely.

V teoretickém článku Verhamme a kol. (2015) autoři předpověděli, že pokud z galaxie uniká ionizující záření, měly by i její vlastnosti být speciální. Aby mohlo ionizující záření uniknout, musí v galaxii být jen malé množství neutrálního plynu. Ten stejný plyn ovlivňuje i Lyman-α, a ta by tedy měla být změněna jen málo. V novém článku Verhamme a kol. (2016) autoři ověřují tyto teoretické předpovědi na pěti blízkých galaxiích, tzv. „zelených hrášcích“, ve kterých již dříve detekovali ionizující záření (Izotov a kol. 2016) jinou metodou.

Pozorování provedená pomocí Hubbleova kosmického dalekohledu potvrzují, že čím více ionizujícího záření z galaxie uniká, tím silnější je také Lyman-α. Také předpověď, že spektrum čáry Lyman-α je po průchodu plynem v těchto galaxiích méně změněné (čára je výrazně užší) než v galaxiích běžných, se na datech potvrdila.

Detekce ionizujícího záření se v posledních dvaceti letech ukázala jako komplikovaná a málo pravděpodobná, zejména ve vzdáleném vesmíru. Tato série článků ukazuje, že Lyman-α, nejpoužívanější kosmologický nástroj, může sloužit jako jeho významná nepřímá diagnostika.

REFERENCE

[1] Verhamme, A., Orlitová, I. a kol., Lyman-alpha spectral properties of five newly discovered Lyman continuum emitters, Astronomy&Astrophysics v tisku, preprint arXiv:1609.03477
[2] Verhamme, A., Orlitová, I. a kol., Using Lyman-α to detect galaxies that leak Lyman continuum, Astronomy&Astrophysics 578 (2015) id.A7, preprint arXiv:1404.2958
[3] Izotov, Y. I. a kol., Detection of high Lyman continuum leakage from four low-redshift compact star-forming galaxies, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 461 (2016) 3683-3701, preprint arXiv:1605.05160

KONTAKT

Mgr. Ivana Orlitová, Ph. D.
Oddělení galaxií a planetárních systémů Astronomického ústavu AV ČR
Email: ivana.orlitova@asu.cas.cz

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Oddělení galaxií a planetárních systémů AsÚ AV ČR

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


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: Astronomický ústav AV ČR, Green pea galaxy, Lyman alpha


33. vesmírný týden 2017

33. vesmírný týden 2017

Přehled událostí na obloze od 14. 8. do 20. 8. 2017. Měsíc bude v poslední čtvrti. Dojde k zákrytu Hyád a ve dne také Aldebaranu. Jupiter mizí večer na jihozápadě. Saturn je za soumraku nad jihozápadem. V druhé polovině noci uvidíme Neptun a Uran. Ráno se ukazuje Venuše. Aktivita Slunce je opět nízká. Očekáváme start Falconu 9 s Dragonem k ISS, Atlasu V s komunikační družicí TDRS-M a Proton-M by měl vynést komunikační družici Blagovest.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

Střecha Slovenska

Titul Česká astrofotografie měsíce za červenec 2017 obdržel snímek „Střecha Slovenska“, jehož autorem je Václav Hýža. Pilíř noci, rozlité mléko bohyně Héry, bývalá cesta slunce, která je dnes v popelu. Také nebeská řeka Inků, most čínských milenců, ale i věčný svit duší, které opustily svět.

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Undulatus Asperatus

Nádhera!

Další informace »