V monstrózní galaxii vznikají hvězdy 300krát rychleji než v Mléčné dráze

V raném vesmíru, před více než 10 miliardami let, vznikaly v mnoha monstrózních galaxiích hvězdy více než stokrát rychleji než v Mléčné dráze. Přestože podobným tempem vzniká několik galaxií i v současném vesmíru, téměř všechny se srážejí nebo splývají s jinými galaxiemi. Na základě toho vědci předpokládali, že tak intenzivní exploze tvorby hvězd v monstrózních galaxiích jsou způsobeny také značným přílivem plynu do jejich center v důsledku srážek nebo splynutí galaxií a že se po vyčerpání plynu vyvinou v obří eliptické galaxie.

Monstrózní galaxie se nacházejí daleko od Země a jsou zakryty obrovským množstvím prachu vznikajícího při intenzivní tvorbě hvězd, což ztěžuje jejich pozorování na optických vlnových délkách. Až donedávna zůstával jejich tvar a fyzikální proces, který je hnacím motorem těchto explozí tvorby hvězd, z velké části neznámý. Nedávná infračervená pozorování pomocí vesmírného dalekohledu Jamese Webba (JWST) však odhalila prachem zahalené monstrózní galaxie a odhalila existenci mnoha těchto galaxií s pozoruhodnou diskovou strukturou. To vyvolalo novou otázku: Proč monstrózní galaxie, které se zdají být obyčejnými diskovými galaxiemi, zažívají tak intenzivní tvorbu hvězd?

Výzkumný tým vedený Shuo Huangem se zaměřil na monstrózní galaxii s členitou spirální strukturou ve vesmíru před 11,1 miliardami let. Galaxie J0107a, která má rudý posuv z=2,467, byla náhodně objevena v roce 2014, zatímco byla pozorována blízká galaxie VV114. Snímky VV114 pořízené vesmírným dalekohledem Jamese Webba v blízké infračervené oblasti, zveřejněné v roce 2023, odhalily, že J0107a je mimořádně hmotným příkladem monstrózní galaxie, jejíž hmotnost je více než desetkrát vyšší než hmotnost Mléčné dráhy a rychlost tvorby hvězd je přibližně 300krát vyšší než u Mléčné dráhy. Ještě překvapivější je, že J0107a má dokonalou spirální strukturu s příčkou, jednu z největších a nejvýraznějších ze všech galaxií v této kosmické epoše. Její tvar se podobá spíše moderním spirálním galaxiím než jakýmkoliv dříve pozorovaným monstrózním galaxiím. Ačkoliv je k prozkoumání faktorů, které stojí za intenzivní tvorbou hvězd v galaxii J0107a, zapotřebí více informací o kinematice plynu, spektroskopická pozorování galaxie zakryté prachem jsou neuvěřitelně náročná, a to i s pomocí vesmírného dalekohledu Jamese Webba.

Výzkumný tým pak použil radioteleskop ALMA k pozorování emisních čar oxidu uhelnatého a neutrálních atomů uhlíku a zjistil, že J0107a se tvarem své příčky i rozložením a pohybem souvisejícího plynu velmi podobá moderním spirálním galaxiím, jako je Mléčná dráha. Na druhou stranu tým také zjistil, že zatímco podíl plynu u současné galaxie je menší než 10 % celkové hmotnosti, u galaxie J0107a je velmi vysoký a činí přibližně 50 %. Data ukazují, že struktura galaxie J0107a, která se skládá z hvězd a plynu s mnohem větší hmotností, než je hmotnost současných galaxií, promíchává disk a vytváří proud plynu o rychlosti několika set kilometrů za sekundu v okruhu 20 000 světelných let kolem středu galaxie, což odpovídá vzdálenosti od středu Mléčné dráhy ke Sluneční soustavě. Část tohoto plynu padá do středu galaxie, což vede k intenzivní tvorbě hvězd. Žádná z předchozích teoretických studií vzniku galaxií nepředpokládala existenci monstrózní galaxie s takovou strukturou.

Jedná se o první úspěšné přímé pozorování explozivní tvorby hvězd vyvolané přílivem plynu v raném vesmíru. Konvenční teorie vzniku a vývoje monstrózních galaxií předpokládaly, že k intenzivní tvorbě hvězd dochází v důsledku srážek a splynutí galaxií nebo gravitační nestability v jejich discích, které je během stovek milionů let promění v eliptické galaxie. Zatímco u galaxie J0107a se předpokládá, že se během stovek milionů let v raném vesmíru, pouhých 2,6 miliardy let po Velkém třesku, vyvinul tvar připomínající současnou spirální galaxii s příčkou, přičemž si zachovala extrémní fyzikální vlastnosti monstrózní galaxie. Podrobné údaje o rozložení plynu a kinematice získané z tohoto pozorování poskytnou zásadní informace o původu monstrózních galaxií a poslouží jako podklad pro výzkum vzniku a vývoje struktur příčky v jiných galaxiích, neboť jsme svědky procesu vzniku takových struktur v raném vesmíru.

Shuo Huang, vedoucí výzkumného týmu, říká: „Značné množství plynu, které je nutné pro růst obřích galaxií, je dodáváno galaktickými fúzemi nebo přílivem z kosmické sítě. Ačkoliv neexistují žádné známky galaktického splynutí, kolem J0107a byl detekován velký plynný disk. Tento disk má průměr přibližně 120 000 světelných let, což je dvojnásobek průměru hlavního tělesa galaxie viditelného v podobě hvězd, a jeho pohyb zhruba kopíruje pohyb samotné galaxie. Na základě toho předpokládáme, že vznikl z velkého množství plynu spirálovitě směřujícího ke galaxii z kosmické sítě. Jedná se o nový obraz monstrózní galaxie, v níž se disková galaxie zformovala z proudu plynu kosmického měřítka, po němž v průběhu galaktického vývoje následoval vznik příčky vedoucí k rychlému proudění plynu galaktického měřítka a explozím tvorby hvězd. Budeme pokračovat v pozorování pomocí radioteleskopu ALMA, abychom tuto skutečnost dále prozkoumali.“

Zdroj: https://www.almaobservatory.org/en/press-releases/a-fierce-storm-in-a-giant-barred-spiral-galaxy-11-billion-years-ago/ a https://scitechdaily.com/a-monster-galaxy-is-forming-stars-300x-faster-than-the-milky-way-and-it-has-a-perfect-spiral/

autor: František Martinek