HST odhalil důvod chybějícího kyslíku v blízkých trpasličích galaxiích

Hubbleův vesmírný dalekohled HST agentury NASA právě odhalil záhadu v našem kosmickém sousedství. V článku zveřejněném v časopise The Astrophysical Journal vědci s využitím Hubbleova dalekohledu zkoumali 37 blízkých trpasličích galaxií – malých galaxií obsahujících od několika tisíc až po stovky milionů hvězd – a zjistili, že v nich chybí značná část kyslíku, jehož přítomnost očekávali.

Simulace předpovídají, že by se v těchto galaxiích mělo nacházet mnohem více kyslíku, který slouží jako indikátor přítomnosti širší škály těžkých prvků. Kam se tedy poděl?

„Kyslík vzniká ve hvězdách, které se nacházejí uvnitř galaxií. Víme, že v minulosti musel být kyslík uvnitř těchto galaxií přítomen, takže musel být nějakým způsobem vypuzen ven,“ uvedla spoluautorka výzkumu Grace Telfordová, odborná asistentka na katedře fyziky a astronomie na University of Utah. „K tomu je zapotřebí energie z hmotných hvězd a výbuchů supernov, která vytlačí hmotu z mateřských galaxií do prostoru mezi nimi.“

Podle nové studie jsou galaktické větry vyvolané výbuchy supernov zřejmě mnohem účinnější při odstraňování kyslíku z galaxií s nízkou hmotností, než předpokládají současné modely. Zjištění ukazují, že trpasličí galaxie si dokážou udržet jen malý zlomek kyslíku, který v nich vznikl díky hvězdám.

V rámci projektu GLOW (Galaxies Losing Oxygen via Winds), financovaného agenturou NASA a organizací National Science Foundation, vědci sledovali kyslík, aby pochopili, jak je rozložen mezi hvězdami, v mezihvězdném plynu i v prostoru mezi galaxiemi. Proč se však ze všech prvků přítomných v galaxiích zaměřili právě na kyslík?

Kyslík – prvek, který je po vodíku a heliu nejhojněji zastoupený – lze poměrně snadno detekovat i měřit. Navíc dobře rozumíme procesům jeho vzniku, což z něj činí spolehlivý ukazatel toho, jak jsou chemické prvky v galaxii rozloženy.

„Kyslík jsme tedy zvolili skutečně z praktických důvodů,“ uvedla Kristen Wingfield McQuinnová, hlavní řešitelka projektu GLOW a vedoucí vědeckých operací pro nově vypuštěný panoramatický vesmírný dalekohled Nancy Grace Roman Space Telescope v institutu Space Telescope Science Institute v Baltimoru ve státě Maryland. Působí také jako docentka na Rutgers University v New Brunswicku ve státě New Jersey.

„Kyslík je jedním z primárních prvků, které hvězdy tvoří. Schopnost sledovat, kolik kyslíku se vytváří a kolik se pak distribuuje uvnitř a vně galaxií, nám pomáhá pochopit jejich vývoj,“ řekla McQuinnová. „Pomáhá nám to také zjistit, kde a jakým způsobem galaxie obohacují mezigalaktický prostor, nazývaný mezigalaktické médium.“

Studie využila archivní optická zobrazovací data z Hubbleova teleskopu ke studiu hvězdných populací a určení historie formování a složení hvězd. Spolu s daty z vyřazeného Spitzerova vesmírného dalekohledu a pozemních radioteleskopů Very Large Array a Australian Telescope Compact Array vědci analyzovali 37 blízkých trpasličích galaxií, aby sledovali atomy kyslíku produkované hvězdami.

Tým chtěl pochopit, jak je kyslík distribuován mezi hvězdami, plynem a prachem v galaxiích. Tyto trpasličí galaxie byly vybrány, protože jejich hmotnosti spadají do rozsahu, kde simulace a teorie předpovídají, že rostoucí množství jejich kyslíku bude z galaxií vypuzeno explozemi supernov. Těchto 37 galaxií je také dostatečně blízko, aby HST dokázal rozlišit jejich jednotlivé hvězdy. To neplatí pro drtivou většinu známých trpasličích galaxií, které jsou pro tento druh studie příliš daleko.

Ačkoliv astronomové již tušili, že galaxie vypuzují značnou část kyslíku a dalších těžkých prvků, zůstávalo otázkou, kde tyto prvky nakonec končí. Jedna dřívější studie z roku 2014 se touto otázkou zabývala v kontextu galaxií podobných Mléčné dráze, v nichž probíhá tvorba hvězd. Zjistila, že tyto galaxie přicházejí o velkou část svého kyslíku, přičemž jeho část se nachází v řídkých plynných obálkách obklopujících galaxie, kterým se říká cirkumgalaktické prostředí.

V rámci studie GLOW rozšířila McQuinnová se svým týmem tento výzkum na galaxie s nízkou hmotností, a to napříč širokou škálou hmotností i prostředí. Ačkoliv již jiné týmy měřily obsah kyslíku v cirkumgalaktickém prostředí trpasličích galaxií, stále není jasné, zda se většina chybějícího kyslíku nachází právě v této oblasti, nebo zda byl z okolí galaxie zcela vypuzen.

V budoucnu by McQuinnová ráda zkoumala ještě méně hmotné galaxie v blízkém vesmíru. Má schválený pozorovací program, v jehož rámci využije vesmírný dalekohled Nancy Grace Roman Space Telescope k vyhledání těchto drobných a slabě zářících systémů na rozsáhlé ploše oblohy. Jakmile tyto galaxie identifikuje, plánuje McQuinnová využít Hubbleův vesmírný dalekohled a Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) k podrobnějšímu pozorování jejich hvězd. To by jí umožnilo zrekonstruovat historii těchto galaxií a pochopit, jak v nich v průběhu kosmických dějin vznikaly hvězdy.

V rámci své budoucí práce bude Telfordová využívat HST k detailnímu zkoumání jednotlivých hmotných hvězd, které produkují kyslík a následně jej vyvrhují ze svých mateřských galaxií. Pomocí pozorování vybraných blízkých objektů z programu GLOW získá velmi podrobná data, která jí umožní charakterizovat specifika těchto hmotných hvězd v malých galaxiích. HST je v provozu již více než tři desetiletí a nadále přináší převratné objevy, které formují naše základní chápání vesmíru. 

Zdroj: https://science.nasa.gov/missions/hubble/nasas-hubble-uncovers-case-of-missing-oxygen-in-nearby-dwarf-galaxies/

autor: František Martinek