Splynutí, chaos a Mléčná dráha

Tento obrázek ukazuje důkazy o sloučení galaxie Gaia-Enceladus-Sausage s Mléčnou dráhou. Žluté šipky ukazují pohyb hvězd z trpasličí galaxie. Sonda Gaia měřila tuto hvězdnou kinematiku, aby detekovala toto starodávné splynutí, a nyní nový výzkum určil načasování tohoto sloučení s větší přesností.

Fúze galaxií jsou součástí života hvězdných ostrovů a Mléčná dráha není výjimkou. Bez těchto splynutí by vesmír neměl masivní galaxie, které vidíme v našem současném vesmíru. Jelikož je Mléčná dráha spirální galaxií, většina hvězd, plynu a prachu se nachází v jejím disku, nikoliv v centrální výduti.

Nový výzkum zkoumá, jak mohou srážky a fúze galaxií vážně narušit hvězdné disky, a pomocí simulací sleduje historii Mléčné dráhy.

Výzkum byl publikován v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Jeho název je „Výstavba a přežití disku: od numerických modelů formování galaxií po Mléčnou dráhu“ a hlavním autorem je Matthew Orkney z Institute of Cosmos Sciences of the University of Barcelona (ICCUB) a Institute of Space Studies of Catalonia (IEEC).

Moment hybnosti je základní vlastností galaxií. Měří rotační pohyb galaxie a je v galaxii kritický. Nelze ani vytvořit, ani zničit, pouze přenést. Pokud jej nezmění něco vnějšího, například sloučení, je v podstatě neměnný. Disk Mléčné dráhy existuje pouze díky momentu hybnosti galaxie. Pohybuje se rychlostí přibližně 220 km/s.

Pokud astronomové dokážou sledovat vznik momentu hybnosti galaxie, tedy dobu, kdy se roztočila, mohou pochopit velkou část její historie, včetně jejích sloučení.

„Studujeme nárůst a přetrvání momentu hybnosti v hvězdném disku pomocí statistické sady kosmologických simulací galaxií o hmotnosti Mléčné dráhy,“ píší autoři.

Mléčná dráha se netvořila izolovaně. Astronomové si již dlouho myslí, že v tom hrají roli různá splynutí. Pochopení doby, kdy k fúzím došlo, je klíčové pro pochopení její historie.

Při pokusu o rekonstrukci historie fúzí naší Galaxie se astronomové obvykle obracejí k měření hvězdné kinematiky, aby tuto historii zjistili. To je jedna z věcí, v nichž byla mise Gaia agentury ESA dobrá, a její zjištění pomohla utvářet současné chápání Mléčné dráhy. Jedna z fúzí, kterou Gaia odhalila, se nazývá fúze Gaia-Sausage-Enceladus (GSE) a stala se před 8 až 11 miliardami let. Ale bohužel, podle autorů, tato měření hvězdné kinematiky nestačí k vysledování její historie.

„Naše výsledky ukazují, že hvězdná kinematika při z=0 jen zřídka odhaluje skutečné časy roztočení disku kvůli rušivému dopadu masivních radiálních fúzí,“ píší autoři. (V kosmologii z=0 znamená současnost.)

Radiální fúze jsou specifickým typem splynutí. Dochází k nim, když se jedna galaxie vrhá přímo do středu jiné, místo aby zasadila letmý úder. Při typické fúzi mohou galaxie před sloučením několikrát oběhnout kolem sebe, čímž vznikají slapové chvosty, které jsou vidět na snímcích slučujících se galaxií. Tyto fúze trvají déle a moment hybnosti se přenáší složitými způsoby. Při radiální fúzi probíhá tento proces rychleji a protože se jedna galaxie v podstatě vrhá do druhé, přispívá do systému jen velmi malým momentem hybnosti.

Radiální fúze však galaxii dodávají kinetickou energii. Tato energie zahřívá disk a vrhá hvězdy na excentričtější oběžné dráhy.

Tyto snímky slučujících se galaxií ukazují charakteristické proudy plynu a hvězd, které vznikají při splynutí. Radiální fúze však tyto druhy ohonů nevytváří. Místo toho zavádí kinetickou energii, která narušuje hvězdnou kinematiku galaxie, což ztěžuje přesné určení starých splynutí.

Zásadní problém spočívá v tom, že hvězdná kinematika nám nedokáže říci, kdy se disk Mléčné dráhy roztočil kvůli radiálním fúzím a kinetické energii, kterou jí předávají. V naší Galaxii existují dvě starověké populace hvězd, Aurora, což jsou proto-diskové hvězdy, a Splash, což jsou diskové hvězdy, které byly fúzemi vymrštěny z roviny disku. Radiální fúze velmi ztěžují určení, které hvězdy jsou součástí které populace kvůli kinetické energii.

V této práci se vědci obrátili na simulace, aby se pokusili odhalit historii fúzí Mléčné dráhy. Simulace ukázaly, jak reagovala na různé typy fúzí. To umožnilo vědcům zjistit, kdy se naše Galaxie roztočila. Takže místo hledání času, kdy začala její rotace, jim to umožnilo určit, kdy se rotace po fúzi obnovila.

Pomocí těchto simulací vědci zjistili, že k fúzi Gaia-Sausage-Enceladus došlo asi před 11 miliardami let, čímž se zúžil dříve stanovený rozsah. Tato doba se také shoduje s dobou, kdy se v oblasti Mléčné dráhy vytvořilo mnoho hvězdokup. Vzhledem k tomu, že fúze galaxií stlačují plyn a spouští vznik hvězd, vše do sebe zapadá.

„Modely fúze Gaia-Sausage-Enceladus předpovídají, že po dopadu měl následovat galaktický ohňostroj, který by vyvolal vznik hvězd a podpořil vznik kulových hvězdokup. Toto je poprvé, co byla tato souvislost prokázána,“ uvedl v tiskové zprávě spoluautor Chervin Laporte, který působí ve French National Centre for Scientific Research (CNRS).

„Tento výzkum zdůrazňuje důležitý vztah mezi galaktickou strukturou a starověkými srážkami, které je třeba chápat společně, abychom pochopili historii naší Galaxie,“ uvedl hlavní autor Orkney.

Zdroj: https://www.universetoday.com/articles/mergers-mayhem-and-the-milky-way

autor: František Martinek