Výzkumy v ASU AV ČR (88): Molekulární plyn v „kometárním“ ohonu galaxie

Přestože se pohledem na noční oblohu zdá, že typickými objekty ve vesmíru jsou hvězdy, ve skutečnosti je drtivá většina látky uložena v plynu, který nejenže vyplňuje volné prostory v galaxiích, ale nachází se i v mezigalaktickém prostoru. Je-li tento plyn dostatečně hustý, což je obvykle splněno v jádrech hustých galaktických kup, působí na plyn uvnitř galaxií, jež se tímto prostředím pohybují, dodatečným dynamickým tlakem. Vlivem mezigalaktického plynu tedy dochází k vypuzování plynu z galaxie do plynného ohonu, který se táhne do velkých vzdáleností za prolétající galaxií.

Pavel Jáchym z ASU má se studiem plynu v těchto ohonech dlouholetou zkušenost. Tentokrát studoval galaxii D100, jež se nachází poblíž jádra kupy galaxií Coma. Tato kupa patří mezi ty spíše hmotnější, její odhadovaná dynamická hmotnost dosahuje 10¹⁵ slunečních hmot. Samotná galaxie D100 je spirální galaxií s příčkou s odhadovanou hmotností 2,1×10⁹ slunečních hmot (M_S). Tato galaxie je zajímavá zejména tím, že se za ní táhne opravdu dlouhý ohon obroušeného plynu až do vzdálenosti kolem 50 kpc, jež je současně nebývale úzký, jeho tlouštka v celém průběhu je kolem pouhých 2 kpc, a přímý.

Co je ale hlavním přínosem práce P. Jáchyma a jeho kolegů, je objev molekulárního plynu v tomto dlouhém ohonu. D100 je teprve druhou galaxií, v jejímž ohonu byl zaznamenán molekulární plyn. Pozorování prokazují, že v ohonu spolu koexistuje plyn v nejrůznějších formách, od chladného molekulárního až po velmi horký ionizovaný. Molekulární plyn je nutnou podmínkou pro vznik nových hvězd a studium galaxií jako je D100 tak poskytuje důležité indicie pro otázky vzniku hvězd mimo disky galaxií.

Astronomové tentokrát vycházeli z milimetrových pozorování provedených pomocí 30metrové antény IRAM ve Španělsku. Pozorování probíhalo ve dvou kanálech, v nichž jsou dobře pozorovatelné čáry oxidu uhelnatého, jenž byl použit jako proxy pro stanovení koncentrace molekulárního vodíku. Pozorování byla provedena v sedmi bodech, pokrývajících jak disk galaxie D100, tak dlouhý ohon, a byla pečlivě zpracována s pomocí softwarového balíku určeného pro analýzu dat z tohoto přístroje.

Jednotlivé pozice v rámci galaxie byly studovány s ohledem na množství chladného molekulárního plynu. Z pozorování tak například vyplývá, že v disku galaxie se nejspíše nachází asi 4,8×10⁸ M_S molekulárního vodíku, ve vnitřní části ohonu pak kolem 3×10⁸ M_S, ve střední části 2,8×10⁸ M_S a ve vzdálenosti 30 kpc od galaxie asi 1,9×10⁸ M_S molekulárního vodíku. V samotné okrajové části ve vzdálenosti 45 kpc od galaxie pak nalezneme asi 2,6×10⁷ M_S téže látky. Z těchto měření byla odhadnuta celková hmotnost molekulárního vodíku v galaktickém ohonu větší než 10⁹ M_S, což je o řád více, než je odhadnuté množství horkého ionizovaného plynu. Chladný molekulární plyn je tedy dominantní komponentou ohonu, což je překvapivé.

Otázkou zůstává, jak se tento chladný molekulární plyn v ohonu vůbec objevil, neboť přímo z galaxie nejspíše odloučen být nemohl a navíc okolní prostředí kupy je vyplněno žhavým plynem, jak prozrazují rentgenová pozorování. Autoři se domnívají, že molekulární plyn vznikl až v ohonu ochlazením původně horké komponenty, a to působením rázových vln vzniklých při interakci. Značně protáhlý tvar ohonu naznačuje, že galaxie D100 je v pozdním vývojovém stádiu a obrušování galaktického plynu v mezigalaktickém prostředí tedy již probíhá dlouho. Kinematika chladného plynu, ve srovnáním s horkým, ukazuje systematický posun, přičemž kompaktní hustá jádra obsahující molekulární plyn se pohybují přibližně o 30 km/s pomaleji než horký difúzní okolní plyn, což je pravděpodobně způsobeno rozdílnými momenty setrvačnosti těchto objektů. Přestože se v ohonu galaxie D100 nachází velké množství chladného molekulárního plynu, efektivita hvězdotvorby je zde velice nízká, v úrovni 4×10^-4 M_S/rok. V disku galaxie naproti tomu vznikne přibližně 2,3 M_S nových hvězd za rok.

Poněkud překvapivé výsledky Pavla Jáchyma a jeho kolegů však především poukazují na důležitost studia dynamiky galaxií ve více oborech spektra, od oborů rentgenových až po rádiové. Každá z těchto spektrálních oblastí vypovídá o jiném typu látky a teprve jejich posouzení společně může přinést nové vhledy do chemismu vesmíru na kiloparsekových škálách.

REFERENCE

Jáchym, P. a kol., Molecular Gas Dominated 50 kpc Ram Pressure Stripped Tail of the Coma Galaxy D100, Astrophysical Journal 839 (2017) article id. 114, preprint arXiv:1704.00824

KONTAKT

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

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

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