Jak se v kupě galaxií Phoenix tvoří hvězdy

Úvodní snímek kupy galaxií Phoenix kombinuje data z Hubbleova vesmírného dalekohledu HST, rentgenové observatoře Chandra a radioteleskopu Very Large Array (VLA). Rentgenové záření z observatoře Chandra zobrazuje extrémně horký plyn fialovou barvou. Optická světelná data z HST ukazují galaxie žlutě a vlákna chladnějšího plynu, kde se tvoří hvězdy, světle modře. Výtrysky znázorněné červeně jsou vidět na rádiových vlnách radioteleskopu VLA.

Vědci využívající vesmírný teleskop Jamese Webba (JWST) od NASA konečně vyřešili záhadu, jak je možné, že v masivní kupě galaxií Phoenix vznikají hvězdy tak vysokou rychlostí. Potvrzení z Webbova dalekohledu navazuje na více než desetileté studie prováděné pomocí rentgenových observatoří NASA Chandra a Hubbleova vesmírného dalekohledu HST, jakož i několika pozemních observatoří.

Kupa Phoenix, seskupení galaxií svázaných gravitací ve vzdálenosti 5,8 miliardy světelných let od Země, je předmětem zájmu astronomů díky několika unikátním vlastnostem. Zejména těch, které jsou překvapivé: předpokládané extrémní ochlazování plynu a zběsilá rychlost tvorby hvězd navzdory supermasivní černé díře o hmotnosti zhruba 10 miliard Sluncí v jejím jádře. V jiných pozorovaných kupách galaxií centrální supermasivní černá díra vyzařuje energetické částice a záření, které brání dostatečnému ochlazení plynu nutné pro vznik hvězd. Vědci zkoumají toky plynu v této hvězdokupě, aby se pokusili pochopit, jak je možné, že to vede k tak extrémní tvorbě hvězd.

Spektroskopická data získaná pomocí vesmírného dalekohledu Jamese Webba jsou překryta snímkem kupy Phoenix, který kombinuje data z Hubbleova vesmírného dalekohledu, rentgenové observatoře Chandra a radioteleskopu Very Large Array (VLA). Vysoká citlivost Webbova teleskopu ve středním infračerveném pásmu odhalila chladnoucí plyn, který vede k zuřivé rychlosti tvorby hvězd v této masivní kupě galaxií.

„Naše předchozí studie kupy Phoenix, které zjistily rozdílnou rychlost ochlazování při různých teplotách, můžeme přirovnat k lyžařskému svahu,“ řekl Michael McDonald z Massachusettského technologického institutu v Cambridge, hlavní řešitel programu. „Kupa Phoenix má největší zásobárnu horkého chladnoucího plynu ze všech kup galaxií – je to obdoba nejrušnější lanovky, která vyveze na vrchol hory nejvíce lyžařů. Ne všichni tito lyžaři však sjížděli z hory dolů, což znamená, že ne všechen plyn se ochlazoval na nízké teploty. Pokud byste měli sjezdovku, kde by nahoře z vleku vystupovalo výrazně více lidí, než kolik by jich přijíždělo dolů, byl by to problém!“

Dosavadní čísla v kupě galaxií Phoenix neseděla a výzkumníkům chyběla část procesu. Webbův teleskop nyní našel ony pověstné lyžaře uprostřed hory v tom smyslu, že vystopoval a zmapoval chybějící chladnoucí plyn, který nakonec bude živit tvorbu hvězd. Nejdůležitější je, že tento teplý meziplyn byl nalezen v dutinách sledujících velmi horký plyn o teplotě 10 milionů stupňů Celsia a již ochlazený plyn o teplotě kolem 10 000 stupňů Celsia.

Tým studoval jádro kupy galaxií podrobněji než kdykoliv předtím pomocí spektrometru středního rozlišení pro střední infračervenou oblast (MIRI). Tento nástroj umožňuje výzkumníkům pořídit během jedné sady pozorování dvourozměrná spektroskopická data z jedné oblasti oblohy.

„Předchozí studie měřily pouze plyn na extrémně studených a extrémně horkých koncích rozložení teplot v celém středu kupy,“ dodal McDonald. „Byli jsme omezeni – nebylo možné detekovat ‚teplý‘ plyn, který jsme hledali. Díky Webbovu teleskopu jsme to mohli udělat vůbec poprvé.“

Hříčka přírody
Webbova schopnost detekovat tuto specifickou teplotu chladnoucího plynu, přibližně 300 000 stupňů Celsia, je zčásti dána jeho přístrojovými možnostmi. Výzkumníkům však trochu pomáhá i příroda.
Tato zvláštnost se týká dvou velmi odlišných ionizovaných atomů, neonu a kyslíku, které vznikly v podobném prostředí. Při těchto teplotách je emise kyslíku stokrát jasnější, ale je viditelná pouze v ultrafialovém spektru. Přestože je neon mnohem slabší, září v infračervené oblasti, což vědcům umožnilo využít pokročilé Webbovy přístroje.

„Ve středních infračervených vlnových délkách detekovaných Webbem byla signatura neonu VI naprosto úžasná,“ vysvětlil Michael Reefe, rovněž z Massachusettského technologického institutu, hlavní autor článku publikovaného v časopise Nature. „Přestože je tato emise obvykle obtížněji detekovatelná, citlivost Webbova teleskopu ve střední infračervené oblasti pronikla skrz veškerý šum.“

Tým vědců nyní doufá, že tuto techniku využije ke studiu typičtějších kup galaxií. Přestože je kupa galaxií Phoenix v mnoha ohledech jedinečná, je tento důkaz konceptu důležitým krokem k poznání toho, jak se tvoří hvězdy v jiných kupách galaxií.

Zdroj: https://science.nasa.gov/missions/webb/webb-maps-full-picture-of-how-phoenix-galaxy-cluster-forms-stars/

autor: František Martinek