Výzkumy v ASU AV ČR (224): Nejkompletnější přehlídka neutrálního vodíku v galaxiích z kupy Abell 1367

Klíčem k posouzení dalších vlastností galaxií je obsah chladného neutrálního plynu. Ten představuje základní palivo pro novou tvorbu hvězd a od tvorby hvězd se odvíjejí další pozorovatelné i nepozorovatelné parametry – například intenzita záření v rentgenové oblasti nebo zastoupení ionizovaného plynu. Neutrální chladný plyn je nejčastěji reprezentován neutrálním vodíkem HI, jehož vlastní záření lze pozorovat v rádiové oblasti elektromagnetického spektra na čáře s vlnovou délkou 21 cm. 

Je to již několik desítek let, co automatické přehlídky oblohy generují takové množství pozorování, že je možné systematicky studovat vliv prostředí na parametry vzdálených galaxií. Takovými přehlídkami jsou například Sloanova přehlídka SDSS nebo celooblohová přehlídka z observatoře Arecibo ALFALFA. Přítomnost náporového tlaku mezigalaktického prostředí, který velmi efektivně odstraňuje plyn z galaxií pohybujících se v rámci velkých galaktických kup, je pak jedním z takových dnes již neoddiskutovatelných jevů. Na druhou stranu, většina galaxií se nevyskytuje v kupách – jen asi 8 % všech galaxií je součástí kup s celkovými hmotnostmi většími než 10¹⁴ hmotností Slunce. Asi ve 40 % blízkých galaxií neprobíhá žádná nebo jen nepatrná tvorba hvězd, u takových lze prakticky vyloučit vliv náporového tlaku. Simulace však ukazují, že aktivní tvorba hvězd v izolované galaxii není dlouhodobě udržitelná a že vyhasíná na škálách kratších než 4 miliardy let. Přesto pozorujeme galaxie starší, v nichž nové hvězdy zjevně vznikají. Interakce galaxií s okolím tak hraje zjevně klíčovou roli. 

Kupa galaxií Abell 1367 nacházející se ve vzdálenosti 330 milionů světelných let, která se na zemské obloze promítá do souhvězdí Lva, je v odborné literatuře poměrně hodně sledovaná, neboť v ní aktuálně probíhá prolínání hned několika struktur. Je tedy zcela ideálním cílem pro studium celé řady fyzikálních procesů souvisejících s pohyby galaxií mezigalaktickým plynem. 

Autoři představované práce využili prohlídku AGES (Arecibo Galaxy Environment Survey), která byla výsledkem mnohaletého programu (2006–2019) běžícího s přerušeními na rádiové observatoři Arecibo na ostrově Portoriko. Třistametrová rádiová anténa vyplňující horské údolí již sice v současnosti nefunguje kvůli katastrofickému zhroucení konstrukce, ale od svého otevření v roce 1963 vykonala obrovské množství práce. Pro prohlídku AGES byla anténa provozována v sedmipaprskové konfiguraci tak, že opakovanými průchody oblasti Abel 1367 bylo dosaženo celkového integračního času 300 s pro každý bod přehlídky. V rádiové oblasti byla tak pořízena datová kostka s dvěma rozměry odpovídajícími prostorovým souřadnicím a třetím rozměrem odpovídajícím radiální rychlosti v blízkosti čáry neutrálního vodíku. Celkově lze s pomocí kosmologických parametrů odvodit, že datová kostka zasahuje přibližně 44 000 Mpc³ kosmického prostoru v oblasti zvolené kupy galaxií. 

V napozorované datové kostce pak byly autory vyhledávány jednotlivé zdroje záření neutrálního vodíku a vytvořen z nich katalog. Z literatury je již známo, že plně automatické algoritmy v těchto případech nepodávají úplně optimální výkony. Autoři tedy zvolili kombinaci automatických algoritmů a interaktivního prohledávání datové kostky člověkem. K tomu s výhodou využili vizualizačního programu FRELLED, o němž jsme v tomto seriálu již psali v minulosti. Tento program renderuje z datových kostek 3D objekty, u nichž je pak pro pozorovatele jednodušší posoudit jeho kompaktnost. Kombinace inspekce vizualizovaných 3D kostek a průzkumu 2D řezů se autorům velmi osvědčila. S pomocí této metody a navazujících doplňkových algoritmů v dostupných pozorováních identifikovali celkově 457 individuálních zdrojů záření neutrálního vodíku, z čehož 413 je označeno jako jistých. Toto úsilí zvětšilo dosavadní katalog na více než dvojnásobek. 

Pro objekty identifikované v rádiových pozorováních pak v optických přehlídkách SDSS (Sloanova přehlídka) a NED (NASA/IPAC Extragalactic Database) dohledávali vhodné protějšky. Plně úspěšní byli v 335 případech. Dalších 106 objektů v optických přehlídkách odpovídalo polohově zdrojům HI v rádiových datech, tyto objekty ovšem neměly určeny optické rudé posuvy, takže bylo obtížné je ztotožnit ve třetí dimenzi kostky. Pouhých 16 identifikovaných zdrojů neutrálního vodíku se nepodařilo ztotožnit s optickými protějšky. Dlužno ale podotknout, že 13 z těchto 16 bylo v katalogu označeno s poznámkou „nejistý“, a to proto, že šlo o slabé objekty s malým poměrem signálu k šumu. Je třeba dodat, že v oblasti kupy Abell 1367 identifikovala Sloanova přehlídka celkově 830 galaxií polohově spadajících do přehlídky AGES. Z toho 296 bylo přímo ztotožněno se zdroji neutrálního vodíku. Pro zbývajících 534 kusů pak bylo možné určit horní limit množství neutrálního vodíku. 

Vzniklý unikátní katalog zdrojů neutrálního vodíku již umožnil provést základní statistické analýzy. Ve větších vzdálenostech popsaných větším rudým posuvem autoři zaznamenali asi o 50 % méně galaxií v přehlídce AGES než jich odpovídá datům ze Sloanovy přehlídky. Poměr odpovídajících počtů z obou přehlídek stabilně roste směrem k menším vzdálenostem reprezentovaným menším rudým posuvem s významným poklesem v neprospěch přehlídky AGES ve vzdálenostech odpovídajících centru kupy Abell 1367. Nárůst poměru počtu z přehlídek lze vysvětlit zvyšující se citlivostí detekcí HI s menší vzdáleností, významná změna v rámci kupy je ovšem otázkou pro další výzkum. 

Vzhledem k tomu, že identifikované zdroje se nacházejí v širokém rozsahu kosmologických vzdáleností, odpovídají nálezům v oblastech vesmíru s různou hustotou galaxií. Právě proto představuje nový katalog HI zdrojů zcela unikátní studijní materiál pro výzkum vlivu mezigalaktického prostředí na galaxie samotné. Tento článek je první ze série, v níž se autoři zaměří na detailní analýzu dat získaných pro představený katalog. 

REFERENCE

B. Deshev, R. Taylor a kol., The Arecibo Galaxy Environment Survey (AGES) XI: the expanded Abell 1367 field. Data catalogue and HI census over the surveyed volume, Astronomy & Astrophysics v tisku, preprint arXiv:2206.13533

KONTAKTY

Dr. Boris Deshev
boris.deshev@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.