Výzkumy v ASU AV ČR (241): Kinematika plynných ohonů galaxie ESO 137-001

Život v kupě galaxií má na jednotlivé členky velký vliv. V některých případech mohou vzájemné interakce významně ovlivnit jejich vývoj. Husté prostředí galaktické kupy způsobuje, že galaxie přicházejí o plyn, červenají, jsou spíše sféroidální a vykazují menší tvorbu hvězd než srovnatelné galaxie nacházející se mimo kupy. Jedním z důležitých faktorů je působení vnějšího dynamického tlaku mezigalaktického plynu během průletu galaxie tímto prostředím. Tento náporový tlak způsobuje vytrhávání plynu z disku galaxie a nejenže reorganizuje rozložení a kinematiku plynu v mezigalaktickém prostředí, ale odstraněním plynu z galaktických disků v nich může zastavit tvorbu hvězd nebo ji naopak krátkodobě indukovat. Galaktický plyn vytrhaný náporovým tlakem se mísí s původní mezigalaktickou látkou, obohacuje ji a působí na fázové přeměny plynu.

Galaxii známou pod katalogovým označením ESO 137-001 nalezneme na jižní obloze v souhvězdí Pravítka ve vzdálenosti přes 200 milionů světelných let. Přesto patří mezi nejbližší galaxie s probíhajícím silným působením náporového tlaku. Již na snímcích z velkých dalekohledů, Hubbleův kosmický dalekohled nevyjímaje, je dobře patrné, že disk spirální galaxie je průletem hustým prostředím poškozen a za galaxií zřetelně zůstává hned několik plynných ohonů. Galaxie tak tvarem připomíná medúzu.

Autorský tým, jehož součástí byl i Pavel Jáchym z Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU, se v představované práci věnoval popisu kinematiky plynu v ohonech této galaxie. Pro tyto účely využili nejen dostupná archivní pozorování, ale byli též úspěšní v soutěži o pozorovací čas na jednom z Velmi velkých dalekohledů ESO v Chile. Klíčem k úspěchu se stala pozorování na přístroji MUSE (Multi-Unit Spectroscopic Explorer), což je přístroj, který umožňuje pořizovat snímky vybraného zorného pole v celém spektru vlnových délek pokrývajících téměř celou optickou oblast s přesahem do blízké infračervené oblasti. Autoři měli nově k dispozici přes pět a půl hodiny pozorovacího času a jejich cílem byla pozorování celých plynných ohonů galaxie ESO 137-001, zatímco předchozí pozorovací kampaně se zabývaly spíše jejich partiemi, které nebyly od galaxie tolik vzdáleny. Získaná pozorování byla zpracována standardními metodami a připravena tak pro vědeckou analýzu.

Ve své práci autoři pracovně rozdělili prostředí „za galaxií“ ve směru jejího pohybu prostředím na tři hlavní části. Na centrální, jižní a severní ohon. Centrální ohon je nejrozsáhlejší, prakticky spojitý a v šířce kolem 10 kpc dosahuje až do projektované vzdálenosti 87 kpc od galaxie. Jižní ohon je kratší, dosahuje do vzdálenosti asi 75 kpc a jeho šířka činí jen asi 5 kpc. Severní ohon je pak spíše fragmentovaný s mnoha filamentárními podstrukturami, které se nacházejí zhruba v oblasti 40 kpc dlouhé a 5 kpc široké. Ze spektrální informace bylo možné extrahovat rychlosti plynu. Zde je jednoznačně patrné, že radiální rychlost plynu se postupně mění od modrého posunu (pohyb k nám) s hodnotou asi -80 km/s v severním ohonu po červený posun (pohyb směrem od nás) s rychlostí asi 120 km/s v jižním ohonu. Tento rychlostní gradient je velmi dobře patrný ve vnitřní části ohonů, zatímco k jejich koncům se rychlostní pole stává neorganizovaným, což naznačuje, že kinematický stav ionizovaného plynu se v rámci ohonů mění. Rychlostní rozdělení naznačuje, že ionizovaný vodík je výrazně turbulentnější ve vzdálenějších částech ohonů.

Aby autoři lépe porozuměli stavu plynu v galaxii a jejím okolí, porovnali kinematiku plynu s podobnou veličinou získanou pro hvězdy. Zde se ukazuje, že hvězdy díky své vysoké hustotě nepodléhají působení náporového tlaku a udržují rotační pohyb kolem centra galaxie. Plynná a hvězdná složka je v galaxii oddělena, plynná podléhá ovlivnění „z vnějšku“. Výsledky dokonce naznačují, že ve vnějších oblastech galaxie se již nenachází prakticky žádný plyn, že téměř všechen již byl odstraněn náporovým tlakem prostředí. Zřejmě i proto jsou severní a jižní ohony méně výrazné. Naproti tomu centrální ohon je stále ještě zásobován plynem z vnitřní části galaxie. I přesto nad ním galaxie ztrácí vliv někde ve vzdálenosti kolem 45 kpc, kdy začíná být pohyb plynu mnohem významněji ovlivňován pohybem okolního prostředí, s nímž se promíchává. Hydrodynamická podstata interakce s mezigalaktickým prostředím je také zřejmě tím hlavním důvodem, proč ve větších vzdálenostech za galaxií, tj. za překážkou v toku mezigalaktického plynu, prudce narůstá turbulence plynu.

Na základě matematického modelu autoři usuzují, že odstraňování plynu z galaxie ESO 137-001 mechanismem náporového tlaku je ve velmi pokročilé fázi a v současnosti se jeho míra příliš nemění. Galaxie se stabilně pohybuje směrem ke gravitačnímu centru kupy a ztrátu vlastního plynu je tedy v tuto chvíli možné označit za ustálenou. Pozorovaný rychlostní gradient mezi jednotlivými ohony má svůj původ zřejmě ve zbytkovém vlivu rotace galaxie.

Práce nejenže dává některé odpovědi na otázky vysvětlení podivného tvaru medúzové galaxie, ale také ukazuje velký potenciál přístrojů typu MUSE, které umožňují pořídit prostorově rozlišená spektroskopická pozorování. V budoucnosti bude zřejmě množství přístrojů tohoto typu narůstat a pokrývat nejrůznější obory elektromagnetického spektra. Od jejich rozvoje lze očekávat lepší údaje vhodné k analýze dynamiky plynu ve vesmíru a vztahu mezi jeho jednotlivými fázemi.

REFERENCE

L. Rongxin, M. Sun, P. Jáchym a kol, Tracing the kinematics of the whole ram pressure stripped tails in ESO 137-001, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society v tisku, preprint arXiv:2212.03891

KONTAKT

Mgr. Pavel Jáchym, Ph.D.
pavel.jachym@asu.cas.cz
Oddělení galaxií a planetárních systémů Astronomického ústavu AV ČR

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