Výzkumy na AsÚ AV ČR (13): Chladný plyn v mezigalaktickém prostoru vytržen z galaxie ESO 137-001
V hustém prostředí galaktických kup dochází k přeměně galaxií s bohatou tvorbou hvězd (označují se jako „modré“ kvůli převaze vysokoenergetického záření od mladých hvězd) na galaxie chudé na plyn a tedy s jen velmi omezenou hvězdnou tvorbou (takové naopak bývají označovány jako „červené“ kvůli převaze starých hvězd). Astrofyzikové nemají zcela jasno, jakým způsobem k tomuto přerodu dochází, roli však pravděpodobně hraje gravitačního působení dalších galaxií v kupě a také působení okolního horkého plynu, který kupu vyplňuje. P. Jáchym z AsÚ se svými kolegy z Francie, USA a Austrálie podrobně studoval galaxii ESO 137-001, která takovou transformací právě prochází, a došel k několika zajímavým závěrům, které tyto procesy více objasňují.
Galaxie s označením ESO 137-001 je součástí galaktické kupy Norma, kterou nalezneme v souhvězdí Pravítka na jižní polokouli. Nachází se v blízkosti Velkého atraktoru a jde o nejbližší kupu galaxií, která je podobně hmotná a bohatá jako známé kupy v Perseovi nebo ve Vlasech Bereniky. Rozložení galaxií v této kupě není symetrické, což svědčí o probíhajících dynamických procesech v jádře kupy. Galaxie ESO 137-001 s odhadovanou hmotností hvězdné složky v řádu 10 na desátou slunečních hmot je doprovázena dlouhým „kometárním“ ohonem horkého plynu rozprostírajícím se do obrovské vzdálenosti asi 80 kpc, dobře patrným na rentgenových snímcích ze sondy Chandra. Tento ohon vzniká jako důsledek interakce galaktického plynu s plynem mezigalaktickým, který i když je řídký, působí díky vysoké orbitální rychlosti galaxie velkým dynamickým tlakem a vytrhává chladný galaktický plyn až do oblastí, kde už galaxie gravitačně nedominuje. Tam se pak plyn míchá s okolním horkým prostředím, a za asistence různých termodynamických procesů dochází k jeho ohřevu, ale i ochlazování.
Optické snímky téže galaxie a jejího okolí, zejména ty pořízené v čáře ionizovaného vodíku, poukazují na přítomnost H II oblastí, a tedy na aktivní tvorbu hvězd probíhající v plynném ohonu. Jejich rozložení formuje ještě širší ohon než odpovídá rentgenové emisi. Dlužno podotknout, že podobné galaktické ohony jsou známy u několika dalších exemplářů v různých galaktických kupách. V žádném z nich však nebyla doposud prokázána přítomnost chladného plynu, z něhož by mohly hvězdy v mezigalaktickém prostoru vznikat.
Pavel Jáchym a jeho kolegové pořídili milimetrová pozorování radioteleskopem APEX (Atacama Pathfinder EXperiment), který slouží jako prototyp pro vznikající interferometr ALMA. Anténa byla zaměřena do čtyř různých oblastí galaxie a jejího ohonu s cílem pátrat po čarách molekuly 12CO, která je indikátorem přítomnosti chladného plynu v molekulárních oblacích. A byli úspěšní. Emise molekuly CO byla přirozeně nalezena v samotné galaxii, neboť jde o galaxii modrou s probíhající tvorbou hvězd. Přítomnost molekul byla však jednoznačně prokázána (a to vůbec poprvé) i vně galaxie, v oblastech galaktického chvostu a to dokonce až do vzdálenosti asi 40 kpc od galaxie. Vzhledem k tomu, že slapový poloměr galaxie se odhaduje na 15 kpc, znamená to, že tento neutrální plyn byl již dynamickým tlakem okolí vytržen z gravitačního vlivu galaxie a stal se součástí mezigalaktického plynu kupy Norma. Celkové pozorované množství chladného plynu v ohonu galaxie přesahuje miliardu slunečních hmotností. Zkombinujeme-li tuto hmotnost s odhadovanou hmotností horkého plynu v ohonu, součet prakticky odpovídá hmotnosti plynu, který chybí v disku galaxie. To je důležitý výsledek, neboť doposud u většiny podobných galaxií byl vně galaxie odhalen jen zlomek chybějícího plynu.
Tvorba hvězd v galaktickém ohonu je i přes prokazatelnou přítomnost vhodného materiálu podle pozorování velmi nízká. To může být způsobeno turbulencí, která zabraňuje vzniku hustých a kompaktních oblastí, v nichž by se posléze tvořily hvězdy. Pozorování bylo interpretováno také s pomocí numerické simulace zahrnující možný vývoj trajektorie galaxie v kupě s cílem stanovit mimo jiné současnou orbitální rychlost galaxie a tudíž i pravděpodobnou velikost dynamického tlaku mezigalaktického prostředí. Ten vychází jako poměrně vysoký. Simulace ukazují, že z disku tak pravděpodobně mohou být vypuzována i hustá molekulární oblaka. Reálná molekulární oblaka však mají hustotní gradient, takže dynamickým tlakem dochází nejspíš k jejich postupnému obrušování namísto přímého vytržení z galaxie. To vede k poklesu jejich hustoty a tudíž i k poklesu efektivity tvorby hvězd.
Galaxie ESO 137-001 je tedy zatím nejlepším kandidátem na galaxii v přerodu z modré na červenou, který probíhá takříkajíc v přímém přenosu. To z ní činí vhodného kandidáta na pozorování soustavou radioteleskopů ALMA, která studii Pavla Jáchyma a jeho kolegů určitě zpřesní a ve vysokém prostorovém rozlišení ukáže detaily dynamických procesů probíhajících v hustých kupách galaxií.
Reference: Jáchym, P. a kol., Abundant Molecular Gas and Inefficient Star Formation in Intracluster Regions: Ram Pressure Stripped Tail of the Norma Galaxy ESO137-001, Astrophysical Journal 792 (2014) article id 11 (15 pp), arXiv:1403.2328
Kontakt: Mgr. Pavel Jáchym, Ph.D., jachym@ig.cas.cz
Převzato z webu Astronomického ústavu AV ČR.