Výzkumy v ASU AV ČR (156): Galaxie se zdrojem gravitačních vln je výsledkem nedávné srážky

Společné pozorování události označované jako GW170817 nebo GRB170817A prostřednictvím detektorů gravitačních vln, ale také v celém oboru elektromagnetického záření, je považováno za jeden z průlomů v astrofyzice. Bylo zde spojeno klasické pozorovací okno v elektromagnetické oboru se zcela novým v oboru gravitačních vln. Díky této spolupráci se podařilo velmi přesvědčivě omezit jednak možný zdroj této událostí, jímž je srážka neutronových hvězd, ale také její pozici, jež se zdá pocházet z galaxie NGC 4993. 

S tímto spojením je však poněkud potíž. Galaxie NGC 4993 patří mezi rané typy, v nichž je výskyt krátkých gama záblesků, k nimž GW170817 patřil, neobvyklý, zejména vezme-li se v úvahu vzdálenost zdroje od centra galaxie. Hvězdná populace v NGC 4993 patří k velmi starým a v galaxii neprobíhá téměř žádná nová hvězdotvorba. Nezdá se tedy příliš pravděpodobným, že by předmětný dvojitě degenerovaný systém mohl pocházet z populace hvězd takto staré galaxie. 

Galaxie však vykazuje několik známek toho, že v nedávné době prošla srážkou s jinou galaxií, jejíž vlastnosti byly jiné. Jednak patří mezi tzv. slupkové galaxie, tedy hvězdné ostrovy, u nichž je pozorována série koncentrických slupek. O nich se obecně soudí, že jsou důsledkem téměř radiální srážky dvou galaxií rozdílných hmotností. Slupky vznikají v místech, kde se hvězdy pocházející z menší galaxie zrovna nacházejí v apocentrech svých drah. Snímky z Hubbleova kosmického dalekohledu dále ukazují bohaté prachové struktury v ve vnitřních oblastech této galaxie, přičemž přítomnost velkého množství prachu se u galaxií stejného typu nečeká. Snadno lze usoudit, že prach pochází z kanibalizované galaxie.

Spektrální analýza hvězd přináší důkazy o dvou různých hvězdných populacích v galaxii s tím, že mladší typy se koncentrují spíše v oblastech galaxie úzce souvisejích se slupkami. 
Ivana Ebrová a Michal Bílek, dřívější pracovníci Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU, kteří jsou v současnosti oba na postdoktorské zahraniční stáži, zkonstruovali pro tuto galaxii srážkový model, kdy vzali v úvahu všechny dostupné údaje o galaxii i mnohé modelové představy, zahrnující například hypotetickou přítomnost temné hmoty, která má na srážku také nemalý vliv. Vývojový model pak porovnávali s aktuální pozicí slupek, jejichž pozice byla autory změřena ze snímků Hubbleova kosmického dalekohledu. Zjednodušený vývojový model pak doplnili náročnější numerickou simulací, aby platnost zjednodušených výpočtů ověřili. 

Konstruovaný model nedává jednoznačnou odpověď na dobu, v níž došlo k hypotetické srážce dvou galaxií, eliptické NGC 4993 a spirálního projektilu. Umožňuje však toto období rozumně omezit. Podle modelu tedy například muselo ke srážce dojít dříve než před 200 miliony let, jinak by hvězdy sekundární galaxie nemohly dosáhnout vzdálenosti 13 kpc od středu, kde autoři detekovali vnější slupku. Naproti tomu srážka starší než 600 milionů let produkuje příliš mnoho vnitřních slupek v malých vzdálenostech od sebe, což neodpovídá pozorování. 

Ke srážce tedy došlo někdy mezi těmito hranicemi, za nejpravděpodobnější označují autoři dobu před 400 miliony lety. Je tedy možné, že předchůdce události GW170817, tedy dvojice obíhajících neutronových hvězd, není v hvězdách galaxie NGC 4993, ale že sem byl tento binární systém zavlečen z jiné galaxie. Použité modely a simulace doplněné o podrobnou analýzu snímků z Hubblova dalekohledu a poznatků o vývoji neutronových hvězd a hvězdných populací v galaxiích dokonce umožňují odhadnout pravděpodobnost, s níž k tomuto došlo. Autoři odhadli, že právě k tomuto došlo s přibližně třetinovou pravděpodobností. 

REFERENCE

I. Ebrová, M. Bílek a kol., NGC 4993 the shell galaxy host of GW170817: constraints on the recent galactic merger, Astronomy&Astrophysics v tisku, preprint arXiv:1801.01493v3

KONTAKTY

Mgr. Ivana Ebrová, Ph. D. 
ivana.ebrova@asu.cas.cz
Mgr. Michal Bílek, Ph. D. 
michal.bilek@asu.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.