Úvodní strana  >  Články  >  Vzdálený vesmír  >  Výzkumy v ASU AV ČR (221): Rentgenové záření větrů v hvězdokupách

Výzkumy v ASU AV ČR (221): Rentgenové záření větrů v hvězdokupách

Ukázka galaxie s překotnou tvorbou hvězd. Jde o galaxii Antény (Tykadla), která vznikla srážkou dvou hvězdných ostrovů. Srážka zapříčinila zažehnutí překotné tvorby hvězd.
Autor: (c) NASA/ESA

Některé zajímavé typy galaxií, např. takzvané Zelené hrášky (Green Pea galaxies), vykazují značný přebytek rentgenového záření, než je pro galaxie obvyklé. Tento přebytek není snadné vysvětlit, je ale velmi zajímavý, protože naznačuje, že tyto galaxie by mohly být zodpovědné za re-ionizaci vesmíru. Astronomové z ASU společně s kolegy ze zahraničí studovali, zda by za tento přebytek nemohlo být odpovědné rentgenové záření horkého plynu v mladých hvězdokupách.

Horký plyn v oblastech s tvorbou hvězd je jedním  ze zdrojů rentgenového záření v galaxiích s aktivní tvorbou hvězd. Jsou ale i jiné potenciální zdroje rentgenového záření v galaxiích jako například horké koróny aktivních galaktických jader nebo rentgenové dvojhvězdy. Relativní důležitost každého z tohoto jevů je obecně neznámá a zřejmě úzce souvisí se specifickými podmínkami v té které galaxii. Do hry mohou vstupovat i další, nerozlišené zdroje, jako např. málo hmotné rentgenové dvojhvězdy, horké nebo velmi mladé hvězdy. Některé studie předpokládají, že nejdříve zmiňovaný horký plyn přispívá do celkového rentgenového záření méně než třetinou. 

Poměrně nedávno byl vědci oznámen objev vzdálených galaxií s překotnou tvorbou hvězd, označované jako Zelené hrášky. Tyto galaxie svými vlastnostmi velmi připomínají jiné galaxie, které se však nacházejí v kosmologických vzdálenostech odpovídajících epoše reionizace vesmíru. Zelené hrášky mají nízkou metalicitu, nízkou hmotnost a divokou tvorbu hvězd. Pracovníci ASU (především J. Svoboda, I. Orlitová a další) se Zelenými hrášky intenzivně zabývají a nedávno zjistili, že rentgenové záření v nich vznikající má čtyřikrát až šestkrát větší intenzitu, než odpovídá empirickým pravidlům zjištěným pro jiné galaxie. Co je původem tohoto přebytku, není v tuto chvíli vůbec jasné. Otázkou je, zda by za to nemohlo být odpovědné právě rentgenové záření horkého plynu v mladých hvězdokupách. 

Přebytek rentgenového záření u těchto typů galaxií je zajímavý pro modely vývoje celého vesmíru. Víme, že raný vesmír byl velmi horký a tedy ionizovaný. Přibližně 380 000 let po velkém třesku se ale vesmír expanzí ochladil natolik, že se stal neutrální. Dnes je ale naprostá většina hmoty ve vesmíru opět ionizovaná, a pozorování ukazují, že k re-ionizaci došlo několik set milionů let po velkém třesku. Nevíme ale, jak k tomu došlo, a rentgenové (a ultrafialové) záření galaxií typu Zelených hrášků je pro původce re-ionizace žhavým kandidátem.

Annika Franeck, postdoktorandka pobývající v rámci skupiny Fyziky galaxií Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU, vedla teoretickou studii, jejímž cílem bylo s pomocí numerických simulací realisticky odhadnout možné množství rentgenového záření vznikajícího tímto způsobem. Tým využil existujících numerických kódů, které již v minulosti použil pro simulaci vývoje celkového hvězdného větru v masivní mladé hvězdokupě. V ní vznikají hvězdné větry nejen u hmotných horkých hvězd, ale také výbuchy supernov, přičemž tyto události typicky vedou ke vzniku celkového hvězdného větru z hvězdokupy. V tomto větru často vznikají rázové vlny, které ještě významněji ohřívají látku v hvězdokupě a jejím okolí, a horký plyn se stává významným zdrojem rentgenového záření, jehož tok zejména v měkkém pásmu 0,5–2,0 keV je tak možné vypočítat. 

Jenže není hvězdokupa jako hvězdokupa, a stejně tak ne každá galaxie má stejné zastoupení hvězdokup. Zrovna tak je třeba nezapomenout na to, že hvězdy se vyvíjejí, a tak dochází k neustálému kolování látky mezi plynnou fází a hvězdami. To vše bylo třeba v numerických simulacích zohlednit. 

V prvé řadě pro každou uvažovanou hvězdokupu autoři stanovili rozdělení hvězd podle hmotnosti, přičemž k tomuto rozdělení použili empiricky určenou hmotnostní funkci. Bylo tak možné vytvořit hvězdy s hmotnostmi od 0,01 do 120 hmotností Slunce. Jejich prostorové rozložení v hvězdokupě též odpovídalo empiricky známým pravidlům. Hvězdný vývoj byl zohledněn s použitím již publikovaných hvězdných modelů, modely byly počítány s menší než sluneční metalicitou, a to hned pro několik jejích hodnot. Z hlediska vývoje hvězd byly nejdůležitějšími výbuchy supernov, které jednak přispívají k celkovému větru z hvězdokupy, a pak také mění chemické složení okolní látky. A v neposlední řadě bylo třeba „rozdělit“ jednotlivé hvězdokupy v myšlené galaxii, což se opět neobešlo bez potřebných empirických pravidel stanovených z pozorování skutečných galaxií. Vše navíc ještě záviselo na předpokládané rychlosti tvorby hvězd, která je dalším parametrem celé simulace.

Tímto postupem autoři vytvořili mnoho realizací modelové galaxie, pro niž bylo možné studovat vystupující rentgenové záření a hodnotit důležitost jeho jednotlivých komponent a hodnotit je s ohledem na volné parametry vstupující do simulace. 

Výsledky celého experimentu jsou velmi zajímavé. Například z něj vyplynulo, že pokud se vezmou v úvahu hvězdy s vyšší metalicitou, je celková produkce rentgenového záření větší. Je to mimo jiné proto, že hvězdy s vyšší metalicitou mají významnější ztrátu hmoty, a proto je rentgenové záření takových hvězdokup intenzivnější. Celkové záření galaxie s překotnou tvorbou hvězd je dominováno mladými velmi masivními hvězdokupami, ty méně hmotné přispívají méně. 

Celkově je ovšem závěrem práce, že rentgenové záření horkého plynu v hvězdokupách s intenzivní tvorbou hvězd nedokáže vysvětlit pozorovaný přebytek vysokoenergetického záření Zelených hrášků. Zde jsou tedy příčinou zjevně jiné zdroje, což by mohla objasnit budoucí pozorování s vyšším prostorovým rozlišením. V úvahu totiž připadá například nezvykle vysoké množství rentgenových dvojhvězd nebo snad nerozlišené kompaktní objekty, jako třeba černé díry středních hmotností nebo zdroje v aktivních jádrech galaxií. 

REFERENCE

A. Franeck, R. Wünsch a kol, X-Ray Emission from Star-cluster Winds in Starburst Galaxies, Astrophysical Journal 927 (2022) article id. 212, preprint arXiv:2201.12339

KONTAKTY

Dr. Annika Franeck
annika.franeck@asu.cas.cz
Mgr. Richard Wünsch, Ph.D.
richard.wunsch@asu.cas.cz
Oddělení galaxií a planetárních systémů Astronomického ústavu AV ČR

 

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. Slovem i písmem se pokouší o popularizaci oboru, je držitelem ceny Littera Astronomica. 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. 

Štítky: Rentgenové záření, Green pea galaxy, Astronomický ústav AV ČR


33. vesmírný týden 2022

33. vesmírný týden 2022

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 15. 8. do 21. 8. 2022. Měsíc bude v poslední čtvrti a v konjunkcích s planetami a Plejádami. Planety Jupiter a Saturn můžeme pozorovat již kolem půlnoci, Mars a Venuši nejlépe ráno. Aktivita Slunce je nízká. Startovaly dva Falcony 9 se Starlinky a počet vypuštěných družic přesáhl 3 000 kusů. Probíhaly testy SuperHeavy a Starship a k vývozu se chystá superraketa SLS. Před 45 lety se na dlouhou pouť za velkými planetami a dál vydala sonda Voyager 2.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

ISS a Slnko

Titul Česká astrofotografie měsíce za červenec 2022 získal snímek „ISS a Slnko“, jehož autory jsou Miroslav Grnja a Zdeněk Bardon     První malé, druhé obrovské. I když pro nás i to první je obrovské. Jako fotbalový stadion. A to druhé? Celá Země by se do něho vešla na

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Neobvyklé tvary blesků

Bouřka severozápadně od Studénky Výboj blesků mezi mraky

Další informace »