Výzkumy v AsÚ AV ČR (125): Překvapivě nepoškozená galaktická velebublina

Dnes je známo, že více než devět desetin veškeré baryonové (tedy „obyčejné“) hmoty ve vesmíru je uloženo v plynu, mezihvězdný plyn v Galaxii nevyjímaje. Ten je tvořen především neutrálním vodíkem, ovšem s příměsemi dalších chemických látek. Mezihvězdné prostředí v Galaxii však není tímto plynem vyplněno rovnoměrně. Pečlivé analýzy ukazují, že se v něm poměrně často vyskytují obří bubliny, v nichž je hustota látky snížena, což je kompenzováno zvýšenou hustotou plynu ve „stěnách“ těchto bublin.

Obecně se soudí, že tyto bubliny jsou důsledkem vyfouknutí plynu z určité části Galaxie jednak intenzivním zářením a hvězdným větrem a pak výbuchy supernov v mladých hvězdokupách. A tak zatímco hvězdokupa v důsledku hvězdného vývoje „zmizí“, rozpínající se bublina nějakou dobu zůstane a podléhá destrukčnímu vlivu okolního galaktického prostředí. Tvar a tak i rozpoznatelnost bubliny bezprostředně ovlivňuje diferenciální rotace galaxie, přítomnost spirálních ramen i vzájemná interakce s dalšími útvary mezihvězdného prostředí. Expandující stěny bubliny se dále hrnou do okolního mezihvězdného prostředí a často se stávají centry vzniku nových hvězd. Bubliny mohou být pozorovány v různých komponentách mezihvězdné látky, pokud jsou studovány v komponentě neutrálního vodíku, mluví odborníci spíše o obálkách. A to je případ i útvaru, jemuž se pečlivě věnovali astrofyzikové z Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU.

Některé z pozorovaných obálek jsou velmi velké, označují se jako veleobálky, a mezi ně patří i GS242-03+37 studovaná Soňou Ehlerovou a Janem Paloušem. Veleobálky jsou zajímavé zejména tím, že podle běžných představ je k jejich vzniku zapotřebí velké množství energie, odpovídající stovkách výbuchů supernov, což obvykle ve hvězdokupách nebývá k dispozici. Veleobálky jsou proto dobrými kandidáty na hledání také jiných možných mechanismů vzniku.

Obálka GS242-03+37 je útvarem neutrálního vodíku ve vnější části Galaxie, nacházející se zřejmě ve vzdálenosti 3,6 kpc. Autoři měli k dispozici rádiová pozorování v čarách neutrálního vodíku a oxidu uhelnatého. Neutrální vodík pozorovaný v emisi trasuje teplou neutrální složku plynu (s teplotou kolem 10 000 K), CO – jakožto molekula – sleduje rozložení chladného plynu. Společně pak umožňují postihnout rozložení vícefázové mezihvězdné látky v prostoru. Oblak je lokalizován v Galaxii právě mezi místním ramenem a ramenem Persea. Jeho rozměr v galaktických úhlových souřadnicích dosahuje 25 stupňů, což při dané vzdálenosti znamená velikost 1,7 kpc s tím, že hustší stěny mají tloušťku 120-250 pc. Z rádiových pozorování byla odvozena i rychlost expanze kolem 20 km/s. Dále pak použili velmi homogenní katalog hvězdokup publikovaný teprve nedávno, který obsahuje velké množství užitečných informací, jako např. věk těchto hvězdokup.

S. Ehlerová a J. Palouš z ASU k popisu studované obálky použili vývojový program RING vlastní provenience, který umožňuje z počátečních podmínek vypočítat budoucí vývoj obálky daných vlastností. Spouštěním kódu pro různé hodnoty volných parametrů autoři získali zkušenost s citlivostí vývojového modelu na změny jednotlivých údajů. Z celé sítě pak vybrali model, který nejlépe odpovídal pozorování veleobálky GS242-03+37. A přišlo první překvapení: pozorování nejlépe reprezentoval model s věkem kolem 120 milionů let a relativně malým množstvím nutné energie, jen kolem asi třinácti supernov. Předchozí práce odhadovaly věk veleobálky až šestkrát menší (a tedy s výrazně vyšší potřebou energie, která by takto velkou obálku za krátký čas mohla vytvořit).

Je-li tento vypočtený věk realistický lze posoudit například z rozložení hvězdokup v okolí obálky. K tomu právě posloužil kompletní katalog hvězdokup zmíněný výše. Autoři rozdělili kupy do dvou skupin – na mladší než 120 milionů let a starší. Očekávali, že rozložení hvězdokup starších než veleobálka bude v jejím okolí náhodné (neboť nemají s obálkou geneticky nic společného), zatímco mladší by měly korespondovat s expandujícími stěnami (na nichž může docházet k indukované tvorbě hvězd). A to se skutečně potvrdilo. Z mladších hvězdokup autoři identifikovali devět exemplářů, u nichž je příčinná souvislost s expandující obálkou  GS242-03+37 vysoce pravděpodobná. K tomu je zapotřebí přidat mladou asociaci Pup OB3 (stáří dva až tři miliony let), jejíž vzdálenost je v použitém katalogu nejspíše chybná a asociace opět přímo geneticky souvisí s veleobálkou.

Jak je ale možné, že takto velká obálka přežila v galaktickém prostředí po tak dlouhou dobu? Její dlouhověkost nejspíše tkví v její lokaci. Protože se nachází právě mezi dvěma galaktickými rameny ve vhodné vzdálenosti, jejich rušivé vlivy jsou minimální. Obálka pak mohla dlouhou dobu prakticky volně expandovat s tím, že v délce byla ještě „natahována“ působením diferenciální rotace Galaxie. Což přispělo k její velikosti.

REFERENCE

S. Ehlerová, J. Palouš, GS242-03+37: a lucky survivor in the galactic gravitational field, Astronomy&Astrophysics v tisku, preprint arXiv:1809.03863

KONTAKT

RNDr. Soňa Ehlerová, Ph. D.
sona@ig.cas.cz
Oddělení galaxií a planetárních systémů Astronomického ústavu AV ČR

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU

Převzato: Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.