Výzkumy v ASU AV ČR (236): Pátrání po výbuchu supernovy v Galaktickém centru

Širší centrum naší Galaxie je plné nejrůznějších objektů a struktur. V samotném středu nalezneme supermasivní černou díru obklopenou tzv. jadernou hvězdokupou, jejíž součástí je i skupina nezvykle masivních a horkých hvězd obíhajících centrum Galaxie ve vzdálenostech několika málo parseků. V těsné blízkosti nalezneme také celou řadu plynných objektů, mezi nimi i objekt Sgr A East.

Tento elipsovitý útvar se nachází ve zdánlivé vzdálenosti přibližně jedné úhlové minuty od středu Galaxie a jeho rozměr se odhaduje na 3,5‘×2,5‘. Na své východní straně tento útvar zjevně koliduje s okolním obřím molekulovým oblakem s katalogovým označením M50 (zkratka pochází z „+50 km/s molecular cloud“, tedy „molekulární oblak s radiální rychlostí +50 km/s“; neplést s otevřenou hvězdokupou M50 v Jednorožci).

Zbytek po supernově Sgr A East má tzv. smíšenou morfologii, což znamená, že vypadá jako nafouknutá obálka v rádiovém oboru spektra, zatímco v oboru rentgenovém vykazuje centrální zjasnění. Smíšená morfologie je obvykle spojována s rozpínáním zbytku po supernově do prostředí s vyšší hustotou. Věk zbytků po supernovách se smíšenou morfologií nepřesahuje obvykle 20 tisíc let. Z absorpce nízkofrekvenční netermální rádiové emise lze usoudit, že pozůstatek po supernově se musí nacházet z našeho pohledu za Galaktickým centrem a jeho trojrozměrnou vzdálenost lze tak odhadnout na asi 5 pc od centra.

Nedaleko severo-severovýchodního okraje objektu nalezneme kandidátní pulsar označovaný jako Dělová koule (angl. Cannonball), který je jasně patrný jak v rádiovém, tak v rentgenovém oboru. Tento objekt je některými autory považován za kandidáta na hvězdný pozůstatek po supernově, která vytvořila Sgr A East, solidní důkaz ale chybí. Odhadovaná rychlost a směr pohybu odpovídá hypotéze, podle níž je Dělová koule stelárním pozůstatkem po explozi.

Věk objektu je další neznámou. V literatuře lze nalézt nejrůznější odhady, dvě skupiny ale převažují: jednak práce odhadující věk na asi 10 000 let, a pak práce přesvědčující o mladším věku asi 2 000 let.

Soňa Ehlerová vedla tým výzkumníků, který si kladl za cíl zkonstruovat zjednodušený hydrodynamický model celé epizody a najít takový, který nejlépe odpovídá současným pozorováním. K tomu využili numerický kód RING, s nímž mají dobré předchozí zkušenosti při studiu rozpínajících se obálek. RING je zjednodušený trojrozměrný hydrodynamický kód optimalizovaný na řešení šíření hustých obálek do mezihvězdného prostředí. Pro řešení bylo ovšem nutno nejprve sestavit fyzikálně realistický model oblasti Galaktického centra a vzít v úvahu důležité struktury a objekty.

Přirozeně bylo nutné popsat gravitační pole v oblasti. To je kombinací gravitace centrální černé díry a gravitace centrální hvězdokupy. Okolní prostředí (pozadí) nebylo prázdné, ale mělo nějakou malou hustotu, i když se ukazuje, že výsledky zrovna na tomto parametru příliš nezávisí. Dále bylo třeba započítat dvě důležité dynamické komponenty, a to molekulární oblak M50 a také hvězdný vítr jaderné hvězdokupy.

Neméně důležitou částí práce je také správné vyhodnocení podobnosti výsledného modelu s pozorovanou realitou. Autoři dospěli k jednotnému kritériu, které zhodnocuje důležité pozorovací parametry skutečných pozorování: poloha a velikost obálky, její orientace na hvězdné obloze a také její tvar.

V řešení úlohy není možné najít hned na první dobrou vyhovující model, proto jich autoři práce nechali vypočítat celou síť. Každý z modelů začínal s jinými hodnotami klíčových parametrů, mezi něž patří zejména trojrozměrná pozice výbuchu. Bylo nutné uvažovat také trojrozměrnou pozici a poloměr molekulárního oblaku, neboť tyto parametry nejsou z pozorování jednoznačně určeny. Měněny byly i další údaje. Každý z modelů se nechal vyvíjet po dobu 30 000 let a každých 1000 let se porovnal jeho vzhled s reálným pozorováním.

Z výsledků vyplývá, že modely, které potlačují důležitost molekulárního oblaku, jen těžko nacházejí shodu s pozorováními. Modely, v nichž se uvažují obě komponenty, tedy jak molekulární oblak, tak vítr hvězdokupy, naopak dovedou realitu reprodukovat velmi dobře. Tyto modely nabízejí hned několik možných věků útvaru, z nichž nejmladší ovšem dosahuje hodnoty 10 000 let. Ten také vykazuje nejlepší shodu. Jen o něco horší shodu lze vysledovat pro věk asi 19 000 let a 29 000 let.

Je zajímavé, že nejlepší z modelů s věkem kolem 10 000 let nabízí zarovnání mezi místem exploze, pulsarem Dělová koule a mezilehlým prachovým mračnem, o němž se soudí, že má svůj původ také ve výbuchu stejné supernovy. Ani zde se nejedná o důkaz příčinné souvislosti, ale spíše o další nezávislý indikátor, že pomocí nejlepšího modelu, který S. Ehlerová a její kolegové nabízejí, lze přirozeně vysvětlit více aspektů aktuálních pozorování.

Úloha je vlastně podobná policejní práci. Skutkový stav je posuzován na základě rekonstrukce, při níž se uvažují různé varianty, jak se mohl čin odehrát. V představované práci je však rekonstrukce postavena nikoli na výpovědích svědků, ale na vývoji matematických rovnic a fyzikální intuici, která parametry těchto rovnic nastavuje. I tak lze dosáhnout uspokojivého výsledku.

REFERENCE

S. Ehlerová a kol., How to create Sgr A East: Where did the supernova explode?, Astronomy & Astrophysics 668 (2022) A124, preprint arXiv:2211.04232

KONTAKTY

RNDr. Soňa Ehlerová, Ph.D.
sona.ehlerova@asu.cas.cz
Oddělení galaxií a planetárních systémů Astronomického ústavu AV ČR

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Oddělení galaxií a planetárních systému ASU

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v.v.i.