ALMA nalezla skryté zásoby plynu (molekul CH+, methylidynu) ve vzdálené galaxii

První pozorování molekul CH+ ve vzdálené galaxii s aktivní hvězdotvorbou poskytují nový pohled na historii vzniku hvězd ve vesmíru

Astronomové využili radioteleskop ALMA k pozorování turbulentních rezervoárů chladného plynu obklopujících vzdálené galaxie, ve kterých probíhá prudký vývoj nových hvězd. Díky tomu, že se vědcům poprvé v historii podařilo v těchto galaxiích detekovat molekulu CH+, otevírá tento výzkum zcela nové okno umožňující zkoumat kritické fáze vývoje hvězd ve vesmíru. Přítomnost těchto molekul přináší nový pohled na způsob, jakým galaxie dosáhnou prodloužení období bouřlivé hvězdotvorby. Výsledky byly publikovány v prestižním vědeckém časopise Nature.

Edith Falgarone (Ecole Normale Supérieure and Observatoire de Paris, Francie) a tým jejích spolupracovníků využili radioteleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) k detekci molekul CH+ [1] ve vzdálených galaxiích s bouřlivým vývojem nových hvězd (starburst galaxies) [2]. Vědcům se podařilo pozorovat známky molekuly CH+ v pěti ze šesti sledovaných galaxií, včetně objektu známého jako Cosmic Eyelash (eso1012) [3]. Výzkum přináší nové informace, které astronomům pomohou pochopit, jakým způsobem galaxie rostou a jak okolní prostředí přispívá k formování nových hvězd.

"CH+ je opravdu speciální molekula. Aby vůbec vznikla, je zapotřebí značné množství energie. Zároveň je extrémně reaktivní, což znamená, že její doba života je velmi krátká a molekula se tedy nemůže prostorem přemisťovat na velké vzdálenosti. CH+ proto umožňuje sledovat energetické toky v galaxiích a jejich blízkém okolí," vysvětluje Martin Zwaan, astronom pracující pro ESO, který se rovněž podílel na této práci.

Čtěte také: Galaxie IRAS 06076-2139, duo míjejících se galaxií v souhvězdí Zajíce

Jakým způsobem molekula CH+ umožňuje sledovat přenos energie si lze přiblížit pomocí následující analogie. Představte si, že jste na lodi uprostřed oceánu za tmavé bezměsíčné noci. Pokud jsou k tomu vhodné podmínky, můžete kolem trupu lodi spatřit světélkující plankton. Turbulence způsobené plující lodí donutí plankton vydávat světlo, které tak odhalí existenci turbulentních oblastí v jinak klidných temných vodách. Jelikož molekula CH+ vzniká pouze v malých oblastech, kde ustává turbulentní pohyb plynu, její nalezení umožňuje sledovat přenos energie v galaktickém měřítku.

Pozorované molekuly CH+ odhalují přítomnost hustých rázových vln, které jsou poháněny horkým a rychlým galaktickým větrem, jehož původ je potřeba hledat v oblastech s probíhající hvězdotvorbou. Tyto větry vanou celou galaxií a vyfukují z ní plyn. Jejich turbulentní pohyby mají však takový charakter, že část materiálu může být opět zachycena a vtažena zpět gravitací galaxie. Hmota se tak zformuje do podoby mohutných turbulentních rezervoárů chladného a řídkého plynu, které se mohou nacházet až do vzdálenosti 30 tisíc světelných let od původních oblastí s probíhajícím zrodem hvězd [4].

"Díky molekule CH+ jsme zjistili, že energie je uchovávána v podobě věru galaktických rozměrů a přemění se na turbulentní pohyb v dosud nepozorovaných rezervoárech chladného plynu, které galaxii obklopují," říká Edith Falgarone, vedoucí autorka článku. "Naše výsledky představují výzvu pro teorie popisující vývoj galaxií. Díky tomu, že galaktický vítr pohání turbulence v rezervoárech, ve skutečnosti prodlužuje epizodu prudké hvězdotvorby v galaxii, místo aby ji zkracoval."

Členové týmu dále určili, že galaktický vítr sám o sobě není schopen doplňovat nově nalezené rezervoáry, a navrhují, že materiál může být dopravována také v důsledku slévání galaxií nebo akrece skrytých proudů hmoty, jejichž existenci předpovídá současná teorie.

"Tento objev představuje významný krok k lepšímu pochopení způsobu, jakým je regulován přísun materiálu v okolí galaxií s nejaktivnější hvězdotvorbou v mladém vesmíru," říká Rob Ivison, vědecký ředitel ESO a spoluautor článku. "Dokládá rovněž, čeho mohou vědci různých specializací dosáhnout, když spojí svoje síly, aby využili schopností jednoho z nejvýkonnějších teleskopů na světě."

Poznámky

[1] CH+ je ve skutečnosti iont uhlovodíkového zbytku/funkční skupiny CH, která je známá pod chemickým názvem methylidyn (methylidynium). Od svého objevu na počátku 40. let 20. století, byla přítomnost této látky v mezihvězdném prostoru záhadou, jelikož se jedná o extrémně reaktivní molekulu, která zaniká mnohem rychleji než jiné.

[2] Tyto galaxie jsou známy mnohem vyšší rychlostí formování nových hvězd (ve srovnání například s naší Galaxií). Díky tomu jsou ideální ke zkoumání růstu galaxií a vztahů mezi plynem, prachem, hvězdami a černými děrami v jádrech galaxií.

[3] Radioteleskop ALMA vědci využili k získání spekter každé ze sledovaných galaxií. Spektrum, je záznam elektromagnetického vyzařování astronomického objektu, který je rozdělen na jednotlivé vlnové délky (v případě viditelného světla na jednotlivé barvy, podobně, jako dešťové kapky rozkládají sluneční světlo na duhu). Jelikož každý prvek má ve spektru typickou sadu spektrálních čar (jakýsi otisk prstu), je možné spektrum použít k určení chemického složení sledovaného objektu.

[4] Tyto turbulentní rezervoáry rozptýleného plynu by mohly mít stejný původ, jako obří zářící hala pozorovaná kolem vzdálených kvasarů.

Další informace

Výzkum byl prezentována v článku "Large turbulent reservoirs of cold molecular gas around high redshift starburst galaxies" autorů E. Falgarone a kol., který byl zveřejněn 30. srpna 2017 ve vědeckém časopise Nature.

Složení týmu: E. Falgarone (Ecole Normale Supérieure and Observatoire de Paris, Francie), M. A. Zwaan (ESO, Německo), B. Godard (Ecole Normale Supérieure and Observatoire de Paris, Francie), E. Bergin (University of Michigan, USA), R. J. Ivison (ESO, Německo; University of Edinburgh, UK), P. M. Andreani (ESO, Německo), F. Bournaud (CEA/AIM, Francie), R. S. Bussmann (Cornell University, USA), D. Elbaz (CEA/AIM, Francie), A. Omont (IAP, CNRS, Sorbonne Universités, Francie), I. Oteo (University of Edinburgh, UK; ESO, Německo) a F. Walter (Max-Planck-Institut für Astronomie, Německo).

Astronomická observatoř ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) je mezinárodním partnerským projektem organizací ESO, NSF (US National Science Foundation) a NINS (National Institutes of Natural Sciences) v Japonsku ve spolupráci s Chilskou republikou. ALMA je za členské státy financována ESO, NSF ve spolupráci s NRC (National Research Council of Canada) a NSC (National Science Council of Taiwan) a NINS ve spolupráci s AS (Academia Sinica) na Taiwanu a KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute) v Koreji.

Výstavba a provoz observatoře ALMA jsou ze strany Evropy řízeny ESO, ze strany Severní Ameriky NRAO (National Radio Astronomy Observatory), která je řízena AUI (Associated Universities, Inc.), a za východní Asii NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan). Spojená observatoř ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) poskytuje jednotné vedení a řízení stavby, plánování a provoz teleskopu ALMA.

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy - VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled ELT (Extremely Large Telescope), který se stane "největším okem hledícím do vesmíru".

Odkazy

• vědecký článek (Nature)
• snímky teleskopu ALMA

Kontakty

Viktor Votruba
národní kontakt
Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika
Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba
překlad
Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika
Email: jsrba@astrovm.cz

Edith Falgarone
Ecole Normale Supérieure - Observatoire de Paris
Paris, France
Tel.: +33 01 4432 3347
Email: edith.falgarone@ens.fr

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org

Další související články: