Astronomové detekovali fluor ve vzdálené mladé galaxii s intenzivní tvorbou nových hvězd

„Všichni víme, že existuje chemický prvek fluor, protože každý den používáme zubní pastu, která ho obsahuje v podobě sloučenin – fluoridů,“ říká Maximilien Franco (University of Hertfordshire, UK), vedoucí studie, která byla publikována ve vědeckém časopise Nature Astronomy. Jako většina prvků kolem nás i fluor původně vznikl uvnitř hvězd. „Až dosud jsme však přesně nevěděli, jakým způsobem k tomu dochází, ani jaký typ hvězd většinu fluoru ve vesmíru produkuje!“

Maximilien Franco a jeho spolupracovníci zaznamenali fluor (v podobě sloučeniny fluorovodík, fluoran, HF) v rozsáhlých oblacích plynu ve vzdálené galaxii NGP–190387, kterou pozorujeme tak, jak vypadala v době, kdy byl vesmír pouze 1,4 miliardy let starý (což je asi desetina jeho současného věku). Jelikož hvězdy v závěrečných stadiích vývoje vyvrhují do svého okolí chemické prvky vytvořené ve svém nitru, je zřejmé, že ty, které ve sledované mladé galaxii vyrobily fluor, musely prožít svůj životní cyklus a zaniknout velmi rychle.         

Členové týmu se domnívají, že nejpravděpodobnějšími producenty fluoru jsou Wolf-Rayetovy hvězdy – velmi hmotné stálice, které žijí pouze několik milionů let, což je jen ‚okamžik‘ ve srovnání s historií vesmíru. S jejich pomocí je možné vysvětlit pozorované množství fluorovodíku, které astronomové zaznamenali. Wolf-Rayetovy hvězdy byly jako možný zdroj fluoru navrženy již v minulosti, ale vědci až dosud nevěděli, jak významné tyto objekty byly při jeho produkci v raných fázích vývoje vesmíru.     

„Ukázali jsme, že Wolf-Rayetovy hvězdy, které patří k nejhmotnějším stálicím ve vesmíru a mohou v závěrečné fázi vývoje prudce explodovat, nám svým způsobem pomáhají udržovat zdravé zuby,“ vtipkuje Maximilien Franco.   

Kromě stěžejní úlohy těchto hvězd byly v minulosti navrženy také další scénáře, jak by ve vesmíru mohlo docházet ke vzniku a šíření fluoru. Jedním z příkladů jsou pulsace obřích vyvinutých stálic s hmotností až několikrát převyšující Slunce, které jsou označovány jako hvězdy asymptotické větve obrů. Členové týmu si však myslí, že tyto alternativní scénáře, u nichž je v některých případech potřeba až miliard let vývoje, nemohou plně vysvětlit množství fluoru pozorované v galaxii NGP–190387.  

V případě této galaxie trvalo pouze desítky, maximálně stovky milionů let, než dosáhla obsahu fluoru, který je srovnatelný s hvězdami v Mléčné dráze staré 13,5 miliardy let. „Je to zcela nečekaný výsledek,“ říká profesor Chiaki Kobayashi (University of Hertfordshire). „Naše měření přináší zcela nový pohled na původ fluoru, který vědci zkoumají po dvě desetiletí.“

Objev v galaxii NGP–190387 představuje jedno z mála pozorování fluoru mimo Mléčnou dráhu a její nejbližší galaktické okolí. Astronomové sice již v minulosti detekovali přítomnost tohoto prvku ve vzdálených kvasarech – hyperaktivních jádrech mladých galaxií, kterým energii dodávají superhmotné černé díry, ale dosud se jim nepodařilo zaznamenat ho v galaxii s probíhající tvorbou hvězd v takto rané fázi vývoje vesmíru.

Detekce fluoru byla v tomto případě náhodným objevem, který se podařil díky využití kosmických a pozemních observatoří. Galaxie NGP–190387, původně objevená Herschelovým kosmickým dalekohledem (Herschel Space Observatory) Evropské kosmické agentury a následně pozorovaná pomocí radioteleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) v Chile, je na svou vzdálenost mimořádně jasná. Data získaná pomocí ALMA potvrdila, že výjimečná zářivost NGP–190387 byla částečně způsobena jinou hmotnou galaxií, která se nachází velmi blízko spojnice mezi námi a NGP–190387. Hmotná galaxie zesílila signál, který pozorovali Franco a jeho tým, což jim umožnilo zaznamenat slabé záření emitované fluorem v NGP–190387 před miliardami let.

Budoucí výzkum galaxie NGP–190387 dalekohledem ELT (Extremely Large Telescope), který je ve fázi výstavby v Chile a měl by zahájit vědecká pozorování na konci tohoto desetiletí, by mohl odhalit další i z jejích tajemství. „ALMA je citlivá na záření emitované chladným mezihvězdným plynem a prachem,“ vysvětluje Chentao Yang, vědecký asistent ESO v Chile. „Pomocí ELT budeme schopni pozorovat u NGP–190387 přímo světlo hvězd a získáme tak zásadní informace o této složce její hmoty.“

Poznámky

Výzkum byl prezentován v článku "The ramp-up of interstellar medium enrichment at z > 4", který byl publikován ve vědeckém časopise Nature Astronomy (https://doi.org/10.1038/s41550-021-01515-9).

Složení týmu: M. Franco (Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire, UK [CAR]), K. E. K. Coppin (CAR), J. E. Geach (CAR), C. Kobayashi (CAR), S. C. Chapman (Department of Physics and Atmospheric Science, Dalhousie University, Kanada, a National Research Council, Herzberg Astronomy and Astrophysics, Kanada), C. Yang (European Southern Observatory, Chile), E. González-Alfonso (Universidad de Alcalá, Departamento de Física y Matematicas, Španělsko), J. S. Spilker (Department of Astronomy, University of Texas at Austin, USA), A. Cooray (Department of Physics and Astronomy, University of California, Irvine, USA), M. J. Michałowski (Astronomical Observatory Institute, Faculty of Physics, Polsko)

Další informace

Evropská jižní observatoř (ESO) umožňuje vědcům z celého světa objevovat tajemství vesmíru ku prospěchu všech. Navrhujeme, stavíme a provozujeme pozemní observatoře světové úrovně, které astronomové využívají k řešení vzrušujících otázek a šíření fascinace astronomií. Podporujeme mezinárodní spolupráci v astronomii. ESO byla založena jako mezivládní organizace v roce 1962 a dnes ji tvoří 16 členských států – Belgie, Česko, Dánsko, Finsko, Francie, Irsko, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie – a dvojice strategických partnerů – Chile, která hostí všechny observatoře ESO, a Austrálii. Ústředí ESO, návštěvnické centrum a planetárium ESO Supernova se nachází v blízkosti Mnichova v Německu, zatímco chilská poušť Atacama, úžasné místo s jedinečnými podmínkami pro pozorování oblohy, hostí naše dalekohledy. ESO provozuje tři observatoře: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na hoře Paranal jsou to dalekohled VLT (Very Large Telescope) a interferometr VLTI (Very Large Telescope Interferometer), stejně jako dva přehlídkové teleskopy – VISTA pracující v infračervené oblasti a VST (VLT Survey Telescope) pro viditelné světlo. Na Observatoři Paranal bude ESO také hostit a provozovat pole teleskopů CTAS (Cherenkov Telesope Array South) pro detekci Čerenkovova záření v atmosféře - největší a nejcitlivější observatoř gama záření na světě. Společně s mezinárodními partnery provozuje ESO teleskopy pro milimetrovou a submilimetrovou oblast APEX a ALMA pracující na planině Chajnantoru. Na hoře Cerro Armazones poblíž Paranalu stavíme nový dalekohled ELT (Extrémně velký dalekohled, Extremly Large Telescope) s primárním zrcadlem o průměru 39 m, který se stane „největším okem lidstva hledícím do vesmíru“. Z našich kanceláří v Santiagu řídíme naši činnost v Chile a spolupráci s místními partnery a veřejností.

Astronomická observatoř ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) je mezinárodním partnerským projektem organizací ESO, NSF (US National Science Foundation) a NINS (National Institutes of Natural Sciences) v Japonsku ve spolupráci s Chilskou republikou. ALMA je za členské státy financována ESO, NSF ve spolupráci s NRC (National Research Council of Canada) a NSC (National Science Council of Taiwan) a NINS ve spolupráci s AS (Academia Sinica) na Taiwanu a KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute) v Koreji. Výstavba a provoz observatoře ALMA jsou ze strany Evropy řízeny ESO, ze strany Severní Ameriky NRAO (National Radio Astronomy Observatory), která je řízena AUI (Associated Universities, Inc.), a za východní Asii NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan). Spojená observatoř ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) poskytuje jednotné vedení a řízení stavby, plánování a provoz teleskopu ALMA.

University of Hertfordshire přináší transformační dopad vysokoškolského vzdělávání pro všechny. Její studenti, zaměstnanci a projekty neustále dosahují svého plného potenciálu. Prostřednictvím vysoce kvalitní výuky, 550 studijních programů, špičkových výzkumných projektů a silných obchodních partnerství myslí výše, vyčnívají a pozitivně ovlivňují místní, národní a mezinárodní komunity.

Odkazy

• vědecký článek
• snímky teleskopu ALMA
• videa teleskopu ALMA
• více informací o dalekohledu ESO/ELT (Extremely Large Telescope)
• pro novináře: tiskové zprávy pod embargem ve vašem jazyce (REGISTRACE)
• pro vědce: váš článek v tiskové zprávě ESO

Kontakty

Petr Kabáth; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: eson-czech@eso.org

Jiří Srba; překlad; Email: j.srba@seznam.cz

Maximilien Franco; Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire; Hatfield, Hertfordshire, United Kingdom; Tel.: +33-649956665; Email: m.franco@herts.ac.uk

Chiaki Kobayashi; Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire; Hatfield, Hertfordshire, United Kingdom; Tel.: +44-7757116615; Email: c.kobayashi@herts.ac.uk

Chentao Yang; European Southern Observatory; Santiago, Chile; Tel.: +56 2 2463 3053; Email: cyang@eso.org

Bárbara Ferreira, ESO Media Manager, Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6670; Mobil: +49 151 241 664 00; Email: press@eso.org

Press Office, University of Hertfordshire, Hatfield, UK; Tel.: +441707 285770; Email: news@herts.ac.uk

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Tisková zpráva Evropské jižní observatoře (ESO2115, 4. listopadu 2021)