Úvodní strana  >  Články  >  Vzdálený vesmír  >  Výzkumy v ASU AV ČR (239): Záhada opticky tmavých oblaků neutrálního vodíku v kupě galaxií ve Lvovi

Výzkumy v ASU AV ČR (239): Záhada opticky tmavých oblaků neutrálního vodíku v kupě galaxií ve Lvovi

Na pozadí nalezneme snímek ze Sloanovy digitální nebeské přehlídky, přes nějž jsou překresleny linie zobrazující radioastronomickou datovou kostku. Izokontury odpovídají významným konturám intenzity rádiového záření, jejich barva pak kóduje radiální rychlost. Zobrazeny jsou jak významné objekty náležející kupě Lev I, ale také nově objevená oblaka neutrálního vodíku označená čísly 1 až 6. Význačná kompaktní struktura se středem přibližně v galaxii M105 symbolizuje Lví prsten.
Autor: Rhys Taylor

Kupy galaxií jsou tvořeny nejen galaxiemi samotnými, ale také útvary, v nichž jednoznačně převažuje plynná složka. Často není na první pohled zřejmé, jak tyto nehvězdné útvary vznikly. Rhys Taylor a jeho kolegové z Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU i ze zahraničí studovali několik zajímavých exemplářů těchto útvarů nacházejících se v kupě galaxií Lev I.

Skupina galaxií Lev I (Leo I) nacházející se ve vzdálenosti 11 megaparseků od Země je přímo známa výskytem plynných útvarů, které nemají své optické protějšky. Tyto útvary se označují terminologicky jako „tmavá mračna neutrálního vodíku“. Jejich společným jmenovatelem je, že je obvykle nelze jednoznačně a snadno ztotožnit s útvarem vyzařujícím v optické oblasti spektra, odborníci jsou tak odkázáni na rádiová pozorování. 

S kupou Lev I, jejímiž hlavními složkami jsou amatérsky pozorovatelné galaxie M 95 a M 96, je v katalozích spojováno osm pozorovatelných galaxií. V rádiovém oboru je ovšem významnou složkou obří Lví prsten (Leo Ring), téměř kruhová struktura neutrálního vodíku, která značnou část kupy při pohledu ze Země obepíná. Jednotlivé rádiově jasnější segmenty prstenu nemají své optické protějšky a celá existence této struktury a důvody jejího vzniku jsou v současnosti nejasné. Jednou z možností je důsledek dávné srážky galaxií, podezřelými jsou konkrétně M 96 a NGC 3384. 

Podivné útvary neutrálního vodíku zaznamenané v rádiových mapách jsou dlouhodobým předmětem zájmu Rhyse Taylora z ASU. Není proto překvapivé, že se společně s kolegy pustil do detailního průzkumu rádiových pozorování této zajímavé oblasti na nebi, která byla pořízena dnes již nefunkčním radioteleskopem Arecibo. Tento přístroj se po mnoho let věnoval systematické přehlídce AGES (Arecibo Galaxy Environment Survey), v jejímž rámci se mezi roky 2012 a 2019 vždy po několik měsíců v roce věnoval i mapování oblasti kupy Leo I. Výsledkem přehlídky jsou trojrozměrné datové kostky intenzity rádiového záření, které se skládají ze dvou prostorových rozměrů odpovídajících pozici na obloze a jednoho rozměru odpovídajícího radiální složce rychlosti. 

V těchto kostkách s pomocí kódu FRELLED (o němž jsme zde již také psali) vyhledávali kompaktní struktury. Práce s programem je interaktivní, což spojuje výhody jak zcela automatického zpracování, tak čistě ručního prohledávání. V oblasti objevili šest nových dosud nepopsaných oblaků neutrálního vodíku navíc k devětadvaceti již známým. Autoři také vynaložili velkou snahu najít k nově objeveným oblakům optické protějšky v přehlídkových projektech, přičemž možného protějška nalezli jen pro jeden z oblaků. Oblak číslo 4 se nachází podezřele blízko malé galaxie LeG 13, kde je souvislost s oblakem č. 4 vysoce pravděpodobná. V ostatních případech ovšem optická pozorování neprokázala nic. 

Objev objektů však R. Taylorovi a kolegům nestačil, přirozeně je zajímal jejich možný původ. Je totiž přinejmenším zvláštní, že i když jsou odhadnuté hmotnosti všech oblaků srovnatelné, jen v případě čísla 4 byl nalezen optický protějšek. V principu přicházejí v úvahu dvě hypotézy: jednak by mohlo jít o slapově odtržený plyn vzniklý při interakcích galaxií, nebo by se mohlo jednat o primordiální oblaky zřejmě spojené s existencí temné hmoty. Odhadnuté hmotnosti oblaků totiž prakticky vylučují, aby mohly být gravitačně vázány pouze objeveným neutrálním vodíkem. Z rozptylu změřených rychlostí je možné odhadnout, za jak dlouho by se měl oblak rozptýlit do prostoru, což umožňuje velmi hrubě omezit maximální věk tohoto objektu. Získaná hodnota 250 milionů let poukazuje, že tyto útvary musí být spíše mladší, pokud jde o útvary z běžné baryonické hmoty. 

Z rozdělení hmotností lze odhadnout i tzv. dynamickou hmotnost, která činí přinejmenším jednu miliardu hmotností Slunce pro každý oblak. Hmotnost neutrálního vodíku je však o dva řády menší. Pokud by byly tyto oblaky gravitačně stabilizovány, musely by být extrémně dominovány výskytem temné hmoty. 

Oblaky č. 2, 3 a 4 se nacházejí na spojnici galaxií M 95 a M 96, jsou tedy nejlepšími kandidáty na produkty interakce galaxií, tyto doprovází oblak č. 1, který je jen mírně mimo spojnici, ale stále mezi galaxiemi. Problémem však je, že M 95 nevykazuje ani sebemenší známky slapového působení od okolních galaxií a M 96 je zvlněna jen mírně. Snad by tedy mohly být oblaky 1 až 4 nejjasnějšími částmi plynného proudu propojujícího tyto dvě galaxie, podobně jako táhlý proud chladného plynu propojuje galaxie M 31 a M 33 v Místní kupě. Přes veškerou snahu však autoři nenalezli pro přítomnost takového proudu žádné indicie. 

Otázkou zůstává, zda by objevené útvary nemohly souviset se Lvím prstenem. Například oblak č. 5 je Lvímu prstenu velmi blízko a jeho vlastnosti by skutečně mohly odpovídat odštěpku prstenu. Oblak č. 6 je ještě zajímavější. Jeho dynamika a vzdálenost hovoří proti myšlence, že by mohl souviset se Lvím prstenem. V blízkosti oblaku se ale nachází hned čtyři galaxie, které by potenciálně mohly být rodiči tohoto oblaku. Jejich vlastnosti však naznačují, že tyto čtyři galaxie nejspíše nejsou členy kupy, takže jejich rodičovství je nepravděpodobné. Zcela vyloučit ho ovšem nelze pro žádnou z nich. Otázka tak zůstává otevřená.

Jakkoli se tedy zdá, že šestice nově objevených oblaků by mohla být nejlépe vysvětlena hypotézou slapových odštěpků, některé z detekovaných objektů nečekaně respektují Tullyho-Fischerův zákon objevený pro jasné galaxie, což je nezvyklé. Tento empirický vztah dává do souvislosti rotační rychlosti galaxií s jejich baryonickou hmotností (tedy hmotností běžné hmoty přítomné v této galaxii) a plynné objekty se mu spíše vymykají. To však není případ oblaků ve Lvovi I.

Autoři uzavírají, že vlastnosti nově objevených oblaků neutrálního vodíku v kupě galaxií Lev I jsou konzistentní s hypotézou slapového původu. Nedá se však vyloučit, že by mohlo jít o zástupce tzv. temných galaxií, tedy gravitačně vázaných útvarů, v nichž významně převažuje temná hmota nad hmotou běžnou – baryonickou. Snad tento problém více osvětlí numerické simulace, které by studovaly vznik Lvího prstenu a které mohou případně přinést indicie o vzniku těchto malých útvarů.  

REFERENCE

R. Taylor, J. Köppen, P. Jáchym a kol., The Arecibo Galaxy Environment Survey. XII. Optically Dark H I Clouds in the Leo I Group, Astronomical Journal 164 (2022) article id 233, preprint arXiv:2209.10994

KONTAKTY

Dr. Rhys Taylor, PhD
rhysyt@gmail.com
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: Leo I, Radioteleskop Arecibo, Astronomický ústav AV ČR


17. vesmírný týden 2024

17. vesmírný týden 2024

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 22. 4. do 28. 4. 2024. Měsíc bude v úplňku, meteorů z roje Lyrid proto mnoho neuvidíme. Slunce je pokryto hezkými malými skvrnami, které byly v nejaktivnější oblasti viditelné i okem přes patřičný filtr. Kometa 12P/Pons-Brooks už pozorovatelná není a jakmile to svit Měsíce umožní, nabídne obloha jen několik slabších komet. SpaceX letos uskutečnila už 40. start Falconu 9 a při příštím startu očekáváme už 300. přistání prvního stupně této rakety. Komunikace s helikoptérou Ingenuity již nebude možná, Perseverance jede pryč za dalšími výzkumem povrchu Marsu. Před 250 lety se narodil anglický astronom Francis Baily.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

ic2087

Titul Česká astrofotografie měsíce za březen 2024 obdržel snímek „IC 2087“, jehož autorem je Zdeněk Vojč     Souhvězdí Býka je plné zajímavých astronomických objektů. Tedy fakticky ne toto souhvězdí, ale oblast vesmíru, kterou nám na naší obloze souhvězdí Býka vymezuje. Najdeme

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Mesiac v prvej štvrti

Mesiac vo farbe, farby sú zvýraznené nastavením väčšej farebnej sýtosti. Niektoré vyvrelé horniny sú sfarbené do modra

Další informace »