Výzkumy v ASU AV ČR (116): Opticky tmavé oblaky neutrálního vodíku

Autor: Rhys Taylor
Otázka chybějících galaktických satelitů je jedním z dosud nevyřešených problémů současné kosmologie. Jde o to, že modely vývoje vesmíru předpovídají, že by mělo existovat asi desetkrát více malých (satelitních, protože často obíhají kolem těch velkých) galaxií, než je pozorováno. Možným řešením je, že některé oblaky temné hmoty (tzv. temná hala) k sobě nepřitáhly dostatek baryonové hmoty (připomeňme, že mezi baryony patří protony a neutrony; baryonovou hmotou se rozumí především hvězdy, mezihvězdný a mezigalaktický plyn, obecně většina hmoty, která není temnou hmotou nebo temnou energií), aby mohly vzniknout hvězdy, a tím i viditelné galaxie. Pak by mělo existovat velké množství tzv. temných galaxií skládajících se téměř výhradně z temné hmoty a obsahujících jen nepatrné množství baryonové hmoty. Kandidáty na tyto temné galaxie jsou např. oblaky neutrálního vodíku pozorované v kupě galaxií v souhvězdí Panny. Jako vysvětlení původu těchto oblaků vodíku byly ale kromě temných galaxií navrženy ještě další dvě hypotézy a pracovníci Oddělení galaxií a planetárních systémů se zaměřili na testování jedné z nich.
Neutrální vodík, tedy plyn skládající se ze samostatných atomů vodíku, lze ve vesmíru dobře pozorovat radioteleskopy díky tomu, že září na vlnové délce 21 cm. Během několika desítek let pozorování bylo zjištěno, že většina neutrálního vodíku se nachází v galaxiích nebo jejich bezprostřední blízkosti, kde tvoří podstatnou část mezihvězdného plynu. Teprve relativně nedávno začaly být díky velmi citlivým přehlídkám oblohy těmi největšími radioteleskopy nacházeny samostatné oblaky vodíku, které nejsou v blízkosti žádných známých galaxií. Patří k nim i šest objektů v blízké kupě galaxií v Panně, které byly nalezeny Rhysem Taylorem v datech získaných radioteleskopem Arecibo s průměrem antény 300 metrů. Tyto oblaky mají každý hmotnost okolo 107 hmotností Slunce a zajímavé jsou především vysokými vnitřními rychlostmi okolo 150-200 km/s, na které ukazuje spektrální šířka pozorované čáry 21 cm. Autoři se zaměřili na studium těchto šesti objektů.
V literatuře byly navrženy v zásadě tři hypotézy o původu těchto oblaků. První předpokládá, že se jedná o pozůstatky srážek nebo blízkých setkání galaxií, při kterých byl neutrální vodík vyvržen do mezigalaktického prostoru. Druhá hypotéza tvrdí, že se jedná o víceméně stabilní turbulentní oblaky, kdy je turbulentní tlak neutrálního vodíku v rovnováze s tlakem okolního horkého řídkého mezigalaktického plynu. Podle poslední hypotézy by pak mělo jít o temné galaxie, tedy oblaky temné hmoty s hmotností okolo 1010 hmotností Slunce, ve kterých rotují disky neutrálního vodíku, příliš řídké na to, aby tvořily hvězdy.
První hypotéza byla testována pracovníky ASU v minulosti (Taylor et al. 2016), a bylo ukázáno, že plyn vyvržený do mezigalaktického prostoru téměř nikdy nemá tak vysoké vnitřní rychlosti, jaké jsou pozorovány. Druhá hypotéza je testovaná nyní.
Autoři práce, Rhys Taylor, Richard Wünsch a Jan Palouš z ASU, provedli sérii hydrodynamických simulací modelujících 400 milionů let vývoje turbulentního oblaku s různými parametry vybranými tak, aby souhlasily s pozorovanými oblaky. Hmotnost oblaku byla tedy okolo 107 hmotností Slunce a teplota 10 000 K, což je typická teplota neutrálního vodíku ve vesmíru. Poloměr oblaků není z pozorování známý, protože i ohromná anténa radioteleskopu v Arecibu vidí celý oblak jako pouhý bod. Proto byly simulovány dva různé hraniční poloměry: malý poloměr 2 kiloparseky (kpc), protože pro menší oblaky by už byla jejich hustota tak vysoká, že by měly začít tvořit hvězdy; a velký poloměr 8 kpc, protože větší poloměr by už radioteleskop viděl jako nebodový objekt. Několik dalších parametrů pak popisovalo turbulentní rychlostní pole oblaku (tak, aby bylo v souladu s teoreticky známými vlastnostmi turbulence a pozorovanou šířkou spektrální čáry) a vlastnosti plynu (např. množství prvků těžších než vodík a helium). Celý oblak byl pak vložen do krychle o hraně 32 kpc, vyplněné plynem s teplotou 107 K a hustotou 30 atomů/m3, což jsou typické vlastnosti mezigalaktického plynu v kupě galaxií v Panně známé z pozorování v rentgenové části spektra. Výpočty probíhaly na superpočítači Salomon Národního výpočetního centra IT4I v Ostravě, a 11 provedených simulací a nezbytné testy spotřebovaly celkem necelých půl milionu jádro-hodin.
Z výsledků numerických simulací zkonstruovali autoři předpovědi profilů spektrální čáry neutrálního vodíku a porovnávali je s reálnými pozorováními včetně odhadu, za jakých podmínek je z pozorování vůbec možné odlišit přítomnost tohoto oblaku od běžného pozadí. Hlavním výsledkem práce je, že v navrženém systému nelze dosáhnout stabilního stavu. V závislosti na počátečních podmínkách začne poměrně rychle oblak buď kolabovat a tvořit hvězdy, nebo se rychle rozprostře do okolí, nebo se prudce ohřeje a vodík se ionizuje. Zatímco původní autoři hypotézy předpokládali na základě zjednodušených analytických odhadů, že vnitřní turbulence oblak proti vlivům vnějšího prostředí stabilizuje, detailní numerické simulace pracovníků ASU ukazují pravý opak. Ve stavu, který odpovídá pozorovaným oblakům, vydrží podle simulací takový objekt maximálně 100 milionů let, tedy příliš krátce na to, abychom v dané kupě galaxií mohly pozorovat tolik izolovaných oblaků s těmito vlastnostmi. Po této době nebo dříve rychlosti vnitřních pohybů v oblaku výrazně klesnou (a tím se zmenší šířka spektrální čáry), nebo se oblak stane pro anténu v Arecibu nerozlišitelným od pozadí.
Výsledky této práce tedy ukazují, že hypotéza turbulentních oblaků v rovnováze s okolím pravděpodobně neodpovídá realitě. Ze tří navržených hypotéz je tedy v současnosti nejnadějnější ta poslední, která předpokládá, že se jedná o temné galaxie. To je podporováno i nedávnými objevy tzv. ultra-difuzních galaxií, které se skládají jen z malého množství hvězd (108 - 109 hmotností Slunce) a několika tisíckrát většího množství temné hmoty. Je možné, že oblaky neutrálního plynu v kupě galaxií v Panně jsou ještě extrémnější objekty, které netvořily hvězdy prakticky vůbec. Autoři z ASU se zaměří na testování hypotézy temných galaxií v budoucích pracích. K tomu pomůže i to, že se jim podařilo získat pozorovací čas na interferometru Karl G. Jansky Very Large Array v Novém Mexiku v USA, který by mohl oblaky rozlišit jako nebodové útvary.
REFERENCE
Taylor, R., Wünsch, R., Palouš, J. Simulating the evolution of optically dark HI clouds in the Virgo cluster: will no-one rid me of this turbulent sphere? Monthly Notices of the Royal Astronomical Society v tisku, preprint arXiv:1805.03414
KONTAKTY
Dr. Rhys W. Taylor, Ph. D., rhysyt@gmail.com
Mgr. Richard Wünsch, Ph.D., richard@wunsch.cz
prof. RNDr. Jan Palouš, DrSc., palous@ig.cas.cz
Oddělení galaxií a planetárních systémů Astronomického ústavu AV ČR
Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU AV ČR
Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v.v.i.
Seriál
- Na čem se pracuje v Ondřejově (1): Objev prvních B[e] nadobrů v Galaxii v Andromedě
- Na čem se pracuje v Ondřejově (2): Meteority Příbram a Neuschwanstein nedoprovázejí malá tělesa
- Na čem se pracuje v Ondřejově (3): Cesta k seismologii slunečních protuberancí
- Na čem se pracuje v Ondřejově (4): Předpověď slupky v galaxii NGC3923: cesta k ověření alternativní teorie gravitace?
- Na čem se pracuje v Ondřejově (5): Zašpinění bílí trpaslíci s magnetickým polem
- Na čem se pracuje v Ondřejově (6): Proudění plazmatu kolem slunečních skvrn
- Výzkumy na AsÚ AV ČR (7): SPLAT - mocný nástroj pro zobrazení a jednoduchou analýzu spekter
- Výzkumy na AsÚ AV ČR (8): Druhotná tvorba hvězd ve vznikajících galaxiích a hmotných hvězdokupách
- Výzkumy na AsÚ AV ČR (9): Hvězda v prachové obálce v okolí černé veledíry
- Výzkumy na AsÚ AV ČR (10): Střižné proudění ve sluneční atmosféře jako generátor elektrického pole
- Výzkumy na AsÚ AV ČR (11): Komplikovaná rotace planetky Apophis ovlivňuje její let Sluneční soustavou
- Výzkumy na AsÚ AV ČR (12): Protony slunečního větru ve vzdálenosti jedné astronomické jednotky od Slunce
- Výzkumy na AsÚ AV ČR (13): Chladný plyn v mezigalaktickém prostoru vytržen z galaxie ESO 137-001
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (14): Bílá erupce pozorovaná spektrografem IRIS
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (15): Be hvězda v těsné dvojhvězdě s horkým podtrpaslíkem
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (16): Vliv rotačního směšování a metalicity na ztrátu hmoty hvězdným větrem
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (17): Osiřelé penumbry jako testovací materiál pro teorii slunečních skvrn
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (18): Detailní modely gravitačního pole Země
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (19): Nejpřesněji určené parametry binární planetky
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (20): Jasná Perseida s neobvykle vysokou počáteční výškou
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (21): Prostorové mapování galaktického centra pomocí rentgenové polarimetrie
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (22): Vliv atmosféry a oceánů na polohu rotační osy Země
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (23): Analytický model Birkelandových proudů
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (24): Ověřování zákrytového modelu proměnných aktivních galaktických jader
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (25): Urychlování elektronových svazků ve slunečních erupcích
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (26): Jak rotují kometární meteoroidy?
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (27): Odhalovaná tajemství hvězdy se závojem
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (28): Hvězdný vítr v dvojhvězdě s kompaktní složkou
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (29): Rozšiřování magnetických trubic nad slunečními aktivními oblastmi
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (30): Jak souvisejí astrosféry a astroohony s urychlováním částic kosmického záření?
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (31): Dlouhodobé změny aktivity kataklyzmické proměnné V1223 Sgr
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (32): Upřesnění základních parametrů planetky Apophis
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (33): Možnosti měření magnetických polí ve sluneční chromosféře, přechodové oblasti a koróně
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (34): Oblak G2 přežil průlet kolem centra Galaxie a je zřejmě mladou hvězdou
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (35): Mateřské těleso meteoritu Čeljabinsk opět neznámé
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (36): Nové dvojhvězdy s horkou podtrpasličí hvězdou a vlastnosti této populace hvězd
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (37): Rekonstrukce vzhledu aktivního galaktického jádra
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (38): Simulace chování astrofyzikálního plazmatu v extrémních podmínkách
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (39): Drakonidy 2011 z letadla
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (40): Kapitoly v učebnici Asteroids IV i od pracovníků AsÚ
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (41): Balíček programů pro analýzu nemaxwellovských rozdělovacích funkcí částic ve sluneční atmosféře
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (42): Tajemná povaha rentgenového zdroje Her X-1
- Výzkumy v ASU AV ČR (43): Vznik penumbry sluneční skvrny v přímém přenosu
- Výzkumy v ASU AV ČR (44): Rekurentní novy v galaxii M 31
- Výzkumy v ASU AV ČR (45): Možná naleziště ropy v Perském zálivu z gravitačních modelů
- Výzkumy v ASU AV ČR (46): Mohou být hvězdné pulsace zdrojem proměnnosti hvězdného větru?
- Výzkumy v ASU AV ČR (47): O původu meteorického roje Kvadrantid
- Výzkumy v ASU AV ČR (48): ALMA bude pozorovat i Slunce
- Výzkumy v ASU AV ČR (49): Vliv rentgenového záření na charakter hvězdných větrů v dvojhvězdách s hmotnou komponentou
- Výzkumy v ASU AV ČR (50): Turbulence plazmatu a kinetické nestability v expandujícím slunečním větru
- Výzkumy v ASU AV ČR (51): Vzhled rázové vlny hvězdy při průletu kolem centra Galaxie
- Výzkumy v ASU AV ČR (52): Mění srážky tvar planetek?
- Výzkumy v ASU AV ČR (53): Udržely póry sluneční cyklus v době Maunderova minima?
- Výzkumy v ASU AV ČR (54): Supererupce na hvězdě DG CVn
- Výzkumy v ASU AV ČR (55): Souvislost oblaků CO s obálkami HI v Mléčné dráze
- Výzkumy v ASU AV ČR (56): Nárůst kontinua ve slunečních erupcích – nové možnosti jejich předpovědí?
- Výzkumy v ASU AV ČR (57): Katalog videí dokumentujících pád bolidu Čeljabinsk
- Výzkumy v ASU AV ČR (58): Tisícileté cykly střední výšky světového oceánu
- Výzkumy v ASU AV ČR (59): Model expanze oblaků ve slunečním větru
- Výzkumy v ASU AV ČR (60): Detekce dopadů zemských miniměsíců
- Výzkumy v ASU AV ČR (61): Lze ze spektra aktivního galaktického jádra usoudit na povahu jeho zdroje?
- Výzkumy v ASU AV ČR (62): Lze pozorovat ohřev koróny nanoerupcemi?
- Výzkumy v ASU AV ČR (63): Neobvyklá rotace trpasličí galaxie je důsledkem nedávné srážky
- Výzkumy v ASU AV ČR (64): Přímé pozorování klouzavé rekonexe dalekohledem GREGOR
- Výzkumy v ASU AV ČR (65): Složky těsné vizuální dvojhvězdy 1 Del rozlišeny spektroskopicky
- Výzkumy v ASU AV ČR (66): Příčky v galaxiích jako důsledek vzájemného slapového působení
- Výzkumy v ASU AV ČR (67): Neobvyklé chemické složení zašpiněného bílého trpaslíka
- Výzkumy v ASU AV ČR (68): Hustota průmětů drah umělých družic Země na zemském povrchu a přesnost parametrů gravitačního pole Země
- Výzkumy v ASU AV ČR (69): Vlastnosti plazmatu ve slunečních protuberancích
- Výzkumy v ASU AV ČR (70): Útok létajících hadů - mohou vodíkové proudy fragmentovat na izolované oblaky vodíku?
- Výzkumy v ASU AV ČR (71): Vlastnosti satelitů planetek
- Výzkumy v ASU AV ČR (72): Rentgenová aktivita polaru AM Herculis
- Výzkumy v ASU AV ČR (73): Analýza spektra bolidu Benešov
- Výzkumy v ASU AV ČR (74): Když gravitační síla soupeří s elektromagnetickou – Elektricky nabitá látka v okolí zmagnetizované černé díry
- Výzkumy v ASU AV ČR (75): Co nám říkají erupce A hvězd o korónách G hvězd?
- Výzkumy v ASU AV ČR (76): Deset let optických dosvitů gama záblesků dalekohledy BOOTES
- Výzkumy v ASU AV ČR (77): Zdroje záření Lyman-α: Klíč k pochopení minulosti vesmíru?
- Výzkumy v ASU AV ČR (78): Hvězdné větry neobvyklých horkých hvězd
- Výzkumy v ASU AV ČR (79): Binární bílý trpaslík s magnetickou složkou
- Výzkumy v ASU AV ČR (80): Vznik druhé generace hvězd v hustých hvězdokupách
- Výzkumy v ASU AV ČR (81): Detekce sopek pod ledovým příkrovem Antarktidy
- Výzkumy v ASU AV ČR (82): Pozoruhodný vývoj sluneční póry
- Výzkumy v ASU AV ČR (83): Problémy zobrazování vícerozměrných astrofyzikálních dat
- Výzkumy v ASU AV ČR (84): Rumunský superbolid byl z neobvyklého materiálu
- Výzkumy v ASU AV ČR (85): Fragmentace plynných obálek a vznik dalších generací hvězd
- Výzkumy v ASU AV ČR (86): Vzplanutí typu zebra jako diagnostika vlastností plazmatu
- Výzkumy v ASU AV ČR (87): Zrcadlová nestabilita v turbulentním slunečním větru
- Výzkumy v ASU AV ČR (88): Molekulární plyn v „kometárním“ ohonu galaxie
- Výzkumy v ASU AV ČR (89): Jsou aktivní galaktická jádra podobná rentgentovým dvojhvězdám?
- Výzkumy v ASU AV ČR (90): Nové určení periody pohybu zemského pólu
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (91): Prášící supernovy a přebytek infračerveného záření u mladých hvězdokup
- Výzkumy v ASU AV ČR (92): Mohou neutronové hvězdy za magnetismus černých veleděr?
- Výzkumy v ASU AV ČR (93): Videometeory jako nástroj určení orbit meteoroidů
- Výzkumy v ASU AV ČR (94): Kouřové kroužky ve slunečních erupcích
- Výzkumy v ASU AV ČR (95): Nalezneme kolem B[e] nadobra pastýřské planety?
- Výzkumy v ASU AV ČR (96): Prostorová rekonstrukce protuberance typu tornádo
- Výzkumy v ASU AV ČR (97): Globální modely hvězdného větru odhalují menší hmotnostní ztráty horkých hvězd
- Výzkumy v ASU AV ČR (98): Je rychlý trpaslík pozůstatkem nepovedeného výbuchu supernovy?
- Výzkumy v ASU AV ČR (99): Polarizace rentgenového záření umožní na dálku změřit černou veledíru
- Výzkumy v ASU AV ČR (100): Na čem jsme prozatím pracovali…
- Výzkumy v ASU AV ČR (101): Hvězdná erupce během planetárního tranzitu
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (102): Jak zvážit černou veledíru pomocí rentgenových záblesků
- Výzkumy v ASU AV ČR (103): O vzniku kulových hvězdokup
- Výzkumy v ASU AV ČR (104): Bílé erupce pozorované nad okrajem slunečního disku
- Výzkumy v ASU AV ČR (105): Polární výtrysky v okolí černých děr
- Výzkumy v ASU AV ČR (106): Pohled na hvězdu se závojem po dvou letech
- Výzkumy v ASU AV ČR (107): Co rozlišuje umbru od penumbry sluneční skvrny?
- Výzkumy v ASU AV ČR (108): `Oumuamua má excitovanou rotaci
- Výzkumy v ASU AV ČR (109): Dlouhodobá aktivita kataklyzmické proměnné QU Carinae
- Výzkumy v ASU AV ČR (110): Model přechodové vrstvy ve sluneční atmosféře
- Výzkumy v ASU AV ČR (111): Vznik malých železných meteorů
- Výzkumy v ASU AV ČR (112): Proudění plazmatu v okolí slunečních filamentů
- Výzkumy v ASU AV ČR (113): Studium horkých podtrpaslíků
- Výzkumy v ASU AV ČR (114): Efekty obecné relativity v rentgenovém záření aktivních galaktických jader
- Výzkumy v ASU AV ČR (115): Původ viditelného záření ve hvězdných supererupcích
- Výzkumy v ASU AV ČR (116): Opticky tmavé oblaky neutrálního vodíku
- Výzkumy v ASU AV ČR (117): MOND vysvětluje některé neobvyklé vlastnosti místní skupiny galaxií
- Výzkumy v ASU AV ČR (118): Nová metoda určení parametrů volné nutace zemského jádra
- Výzkumy v ASU AV ČR (119): Pád plazmového oblaku ve sluneční atmosféře jako zdroj rádiového záření
- Výzkumy v ASU AV ČR (120): Dlouhodobá aktivita hvězdy X Serpentis po výbuchu novy
- Výzkumy v ASU AV ČR (121): Analytický model ztráty plynu v galaxiích vnějším dynamickým tlakem
- Výzkumy v ASU AV ČR (122): Velmi hmotné hvězdy v přechodových stádiích v galaxii M33
- Výzkumy v ASU AV ČR (123): Prašný vulkanismus supernov
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (124): Velmi husté poerupční smyčky pozorované sondou SDO
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (125): Překvapivě nepoškozená galaktická velebublina
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (126): Ohřev fotosféry Slunce v průběhu silné erupce
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (127): Disky okolo emisních horkých hvězd
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (128): Nadobří hvězdy v kulových hvězdokupách
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (129): Akrece na černou díru jako předchůdce dlouhých záblesků gama?
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (130): Spektra hmotných hvězd s velmi nízkou metalicitou
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (131): Nedávný výron hmoty u hvězdy ρ Cas naznačuje blížící se přechod žluté mezery
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (132): Shluky v hvězdném větru ovlivňují svítivost rentgenových dvojhvězd
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (133): Meteory vypovídají o vlastnostech meziplanetární hmoty
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (134): Případ Maribo - křehký materiál přežil vstup do atmosféry vysokou rychlostí
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (135): Možné konfigurace planetární soustavy Kepler-410
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (136): Testování teorií gravitace v raných galaxiích
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (137): Oscilace ve slunečních erupcích
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (138): Atmosféry exoplanet dvoumetrovými dalekohledy
- Výzkumy v ASU AV ČR (139): Hledání vysokofrekvenčních koronálních vln během úplného zatmění Slunce
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (140): Češi objevili první chemicky pekuliární A hvězdu s pulzacemi v těsné dvojhvězdě
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (141): Záření korón aktivních galaktických jader
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (142): Zelení hrášci v rentgenovém záření
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (143): 3D efekty v hvězdných atmosférách
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (144): Poruchovost v české rozvodné síti v závislosti na úrovni sluneční aktivity
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (145): Rotační štěpení planetek vytváří asteroidální páry a shluky
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (146): Potvrzen sodík v atmosférách dvou exoplanet
- Výzkumy v AsÚ AV ČR (147): Dynamika slunečního větru v numerické simulaci