Úvodní strana  >  Články  >  Vzdálený vesmír  >  Výzkumy v AsÚ AV ČR (91): Prášící supernovy a přebytek infračerveného záření u mladých hvězdokup

Výzkumy v AsÚ AV ČR (91): Prášící supernovy a přebytek infračerveného záření u mladých hvězdokup

Mladé hvězdokupy v galaxii M33, konkrétně NGC 604, 595, 588 a 592, byly cílem výzkumu pracovníků ASU.
Autor: Velemir Popov a Emil Ivanov

Supernovy jsou jevy, které skutečně převratně mění své blízké okolí. V minulosti byly supernovy jedním z rozhodujících faktorů ovlivňujících chemické složení vesmíru. Nedávno bylo zjištěno, že tyto dramatické jevy jsou velmi intenzivním zdrojem prachu. Sergio Martínez-González, Richard Wünsch a Jan Palouš z ASU vytvořili studii, jež si kladla za cíl vysvětlit pozorovaný přebytek infračerveného záření v mladých hvězdokupách prachovými pozůstatky po explozích supernov.  

Supernovy, zejména ty z velmi hmotných hvězd, jež vznikají při gravitačním kolapsu jader těchto hvězd, jsou velmi důležitými faktory ovlivňujícími život okolních hvězd ve hvězdokupách. O tom, že supernovy mohou být také jedním z důležitých zdrojů mezihvězdného prachu, se spekulovalo již několik desetiletí. Teoretické modely totiž předpovídají, že v materiálu vyvrženém při výbuchu nastávají vhodné podmínky ke kondenzaci prachových zrn z těkavých prvků. Teprve nedávno bylo ale pozorováním několika relativně blízkých zbytků po výbuších supernov ukázáno, že supernovy prach skutečně vytvářejí. A nezanechávají ho po sobě zrovna málo, supernova pocházející z hvězdy s 13 hmotnostmi Slunce podle teoretických modelů vychrlí do svého okolí desetinu hmotnosti Slunce ve formě prachu, pokud byla předchůdcem supernovy hvězda s 80 slunečními hmotami, bude prachu už více než tři sluneční hmoty. 

Příznaky přítomnosti prachu jsou v pozůstatcích po supernovách pozorovány poměrně běžně, pro mnohé pak máme dokonce i indicie o shlukování prachových zrn, přičemž pak v prašné obálce vznikají nehomogenní zhustky. Prach však nezůstává v mezihvězdném prostředí netknutý, o to méně v prostředí hustých hvězdokup. Zrníčka jsou pod neustálým bombardováním jednak zářením horkých hvězd, ale také nabitých částic, jež jsou neseny v intenzivních hvězdných větrech, což prachová zrna zahřívá a díky tomu je pozorujeme v infračerveném oboru spektra. Navíc se celá prachová obálka postupně rozpíná. Na čele obálky se formují hned dvě rázové vlny, jejichž původ je ve vzájemné interakci pozaďového materiálu s vyvrženou látkou. 

Výbuchy supernov jsou v mladých hvězdokupách časté, proto jednotlivé obálky vzájemně interagují, přičemž se vytváří centrální přetlak, v jehož důsledku se formuje silný vítr vanoucí ven z hvězdokupy, jehož teplota přesahuje milion stupňů a hustota dosahuje až tisíce částic v krychlovém centimetru. Některá prachová zrna se působením okolního prostředí rozpadají tepelnými jevy. 

V mladých hvězdokupách je tak pozorován přebytek infračerveného záření v oblasti vlnových délek kolem jednotek mikronů, který je sice tradičně modelován tepelným zářením prachu s teplotou několika stovek stupňů, ale všechny struktury pozorované ve spektru tímto zjednodušeným modelem nelze vysvětlit. 

Sergio Martínez-González a jeho spolupracovníci z ASU napsali práci, ve které s pomocí numerických simulací pečlivě popsali interakci prachu vznikajícího při výbuších supernov s prostředím hmotných mladých kup a vliv těchto interakcí na celkové záření v mikrometrové oblasti spektra. Autoři nezůstali jen u obecného popisu, ale porovnali vytvořený model s pěti známými mladými hvězdokupami s věkem mezi 4 a 6 miliony let, jež jsou pozorovány v blízké galaxii M33 v Trojúhelníku. Tyto hvězdokupy jsou ještě ve fázi, kdy se v nich supernovy z hmotných hvězd objevují – obecně se soudí, že první supernovy vybuchují 3,5 miliardy let po vzniku kupy. 

Autoři ukazují, že jejich model dobře vysvětluje základní vlastnosti spektrálního rozdělení energie v blízké a střední infračervené oblasti, přičemž se v této oblasti hlavně projevují tři jevy. Jednak tepelné záření chladného prachu s velmi nízkou teplotou okolo deseti kelvinů. Jde o chladný prach nacházející se ve zbytcích molekulárního oblaku, ze kterého hvězdokupa vznikla. Druhá komponenta odpovídá tepelnému záření teplejšího prachu s teplotou 50 až 100 K, jež pochází především od malých prachových zrn. A právě tento prach byl pravděpodobně vytvořen supernovami. Třetí složkou jsou spektrální pásy pocházející od polycyklických aromatických uhlovodíků (PAHů). 

Autoři poukazují na existenci a vliv dalších zdrojů prachu, například prach pocházející z obálek horkých Wolfovách-Rayetových hvězd. Podle autorů však tyto složky mají jen zanedbatelný vliv na vlastnosti infračervených spekter ve studované oblasti. Pokud je autory předkládaný model správný, pak je ovšem pozorovaný přebytek v blízké a střední infračervené oblasti jen dočasný a postupně se utlumí, jak bude hvězdokupa stárnout, a výbuchy supernov se stanou vzácnými, až ustanou zcela. Poté převáží celkový vliv prostředí, mezihvězdná látka se dostane do rovnováhy a pozorovaný přebytek infračerveného záření zcela zmizí. 

 

REFERENCE

Martínez-González, S., Wünsch, R., Palouš, J., Can dust injected by SNe explain the NIR-MIR excess in young massive stellar clusters?, Astrophysical Journal v tisku, preprint arXiv:1705.08899

KONTAKT

Mgr. Richard Wünsch, Ph. D. 
Oddělení galaxií a planetárních systémů Astronomického ústavu AV ČR
Email: richard.wunsch@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: Prach, M33, Supernovy, Astronomický ústav AV ČR


34. vesmírný týden 2017

34. vesmírný týden 2017

Přehled událostí na obloze od 21. 8. do 27. 8. 2017. Měsíc bude v novu, nastává americké úplné zatmění Slunce. Jupiter mizí večer na západě. Saturn je za soumraku nad jihozápadem. V druhé polovině noci uvidíme Neptun a Uran. Ráno se ukazuje Venuše. Aktivita Slunce je střední a je co pozorovat. Po čtveřici startů raket v minulém týdnu očekáváme další dva starty, kterým bude dominovat start Falconu 9 s družicí Formosat-5. Rusové při výstupu na ISS vyzkoušeli nový skafandr.

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

Skvrny a zatmění

Další informace »