Jak rostou galaxie?

Galaxie se vyvíjejí postupným proměňováním látky, z níž jsou složeny. Současně mohou také narůstat slučováním nebo připojováním svých menších galaktických souputníků. Tyto děje jsou pozorovatelné v různých měřítkách, podle vzdálenosti, v jaké se galaxie nebo skupiny galaxií od nás nalézají. Nejznatelněji se galaktický vývoj projevuje tvorbou nových a zánikem starých hvězd. Nejstarší hvězdy vznikaly z látky, která zde vyvstala po Velkém třesku, tedy téměř výhradně z vodíku s velmi nízkou příměsí helia. Tyto primordiální hvězdy bývají označovány jako populace III, nevyskytují se v nich prakticky žádné jiné příměsi jiných prvků, protože taková stavební látka v době jejich zrodu nebyla k dispozici. Z hvězd populace III vznikaly po jejich zániku hvězdy populace II, jejichž metalicita dosahuje zlomků procent. Znamená to, že veškeré další prvky, vyjma vodíku a helia, vznikly při zániku hvězd populace III. Trpasličí dlouhověké hvězdy populace II je dnes ještě možné nalézt poblíž galaktických jader nebo při okraji galaktického haló v kulových hvězdokupách. Z hvězd populace II pak vznikaly při dalším přerodu hvězdy populace I, které dnes tvoří většinu hvězdných struktur blízkých velkých galaxií. Jejich metalicita dosahuje hodnot zhruba v intervalu 1÷3 %. Do populace I náleží i naše Slunce.

Kupa Abell 2597 v rentgenovém oboru na snímku observatoře Chandra z roku 2002.
Zdroj: NASA/Chandra.

Oblasti, v nichž nové hvězdy vznikají, lze v galaxiích, u nichž ještě rozlišíme strukturu, přímo uvidět. Je tedy také možné je detailněji zkoumat a posoudit například polohu, míru či rozlehlost takovýchto hvězdných líhní oproti celkové struktuře. U vzdálenějších objektů je pak nutné se spokojit jen s rozborem a interpretací jejich spektra. O vzniku nových hvězd víme mnohé ze studia hvězdných porodnic v naší Galaxii, popřípadě v sousedních Magellanových oblacích. Astronomové se obvykle pokoušejí srovnávat a přenášet tyto poznatky do vzdálenějších hvězdných ostrovů, které nelze studovat v takových podrobnostech. Hvězdy nevznikají osamoceně, ale v mnohačetných skupinách, které později můžeme pozorovat jako otevřené hvězdokupy. Díky mikrovlnné astronomii, a zde zejména díky výjimečné soustavě rádiových teleskopů ALMA, se už podařilo rozeznat i předhvězdné zárodky nových hvězd v chladných prachových mlhovinách. Jelikož galaxie se vyskytují ve vesmíru obvykle ve velkých skupinách, tzv. kupách galaxií, je možné ve větším měřítku hovořit též o vývoji galaktických kup. Zde je možné sledovat závislost množství mezigalaktického plynu na stáří kupy. Velmi zjednodušeně platí, čím starší kupa, tím více plynu je vytaženo z galaxií na periferii do mezigalaktického prostoru, a tím menší množství ho v nich setrvává. Centrální obří galaxie pak oplývají velmi hustými atmosférami a mezigalaktické prostředí v jádru kupy se s časem postupně ohřívá. Vzdálené kupy lze proto odhalit jako oblaka žhavého mezigalaktického plynu zářícího v rentgenovém oboru, jelikož jednotlivé galaxie jsou na hranici viditelnosti nebo nejsou pozorovatelné vůbec. Otázkou k řešení zůstává, nakolik jsou propojeny děje provázející tvorbu hvězd v jednotlivých galaxiích s událostmi probíhajícími v neporovnatelně větším měřítku v mezigalaktickém plynu.

Na základě mnohaletých pozorování zhruba dvou stovek galaktických kup včetně Abell 2597 v rentgenovém oboru byl popsán děj označovaný jako vesmírné srážky (cosmic precipitation). Vesmírné srážky jsou sice pojmenovány po vzoru atmosférických dějů, podobně jako déšť, kroupy či sněžení. V případě měřítka galaktické kupy jde ale o mechanizmus, který umožní v prostředí horkého mezigalaktického plynu vzniknout sprškám chladnějších oblaků, které pak pronikají zpět do galaxií. Ukazuje se, že jde o klíčový děj vysvětlující, jak mohou galaktické veledíry přímo ovlivňovat růst galaxií. Ve velkých kupách jsou uprostřed obří galaxie a jejich středu sídlí obří veledíry požírající své bezprostřední okolí, které je současně největším zdrojem energie v oblasti. Centrální galaxie jsou obklopeny hustým a žhavým mezigalaktickým plynem. Díky tomuto prostředí by v jejich nejbližším okolí proto měly být ideální podmínky pro vznik nových hvězd ve skutečně galaktickém měřítku. Chladnutím mezigalaktického plynu pronikajícího do hustších oblastí galaxie by měly nové hvězdy v tomto prostředí kondenzovat jako slivovice v destilační koloně. Podle pozorování ale takto snadno a rychle nové hvězdy nevznikají. Za poměrně dnes již dobře určených podmínek vznikající chuchvalce plynu vyzáří svoji energii a zchladnou, přičemž se promíchávají s okolním horkým plynem, který tím ochlazují. Hvězdy se vytvářejí jen někde a jen z některých plynných shluků. Jiná chladnoucí oblaka jsou, ještě než stihnou zkondenzovat do hvězd, vtažena přímo do jícnu černé veledíry. Pád do díry je provázen výronem vysoce energetických částic, které opět ohřívají nově přilétávající chladnější plyn. Tento proces opětovného chladnutí a ohřívání plynu je při neustálé výměně energie udržován ve zpětnovazebném cyklu, a tedy přímo zabraňuje vytváření hvězd. Galaktická černá veledíra tak, čím je větší, tím více zpomaluje galaktický vývoj ve svém bezprostředním okolí. Typické vesmírné počasí poblíž galaktické veledíry by se dalo popsat jako „oblačno s nadějí na oteplení, když se černé díře zadaří“.

Odkazy