Výzkumy v ASU AV ČR (159): Osud svléknutého neutrálního vodíku v kupě galaxií v Panně

Ačkoli je z pozorování patrné, že mnohé z galaxií starších vývojových typů pozorovaných v kupě v Panně postrádají značné množství neutrálního vodíku (ve srovnání s jinými galaxiemi stejného typu), chybějící plyn se napodařilo odhalit v mezigalaktickém prostoru. V některých případech je zřejmé, že galaxie přišly i o více než šest miliard slunečních hmot plynu. Na druhou stranu je několik členů kupy známo tím, že se od nich vytahují dlouhé proudy neutrálního vodíku, dosahující i 500 kpc od galaxie. Jiné jsou doprovázeny výrazně kratšími vodíkovými ocasy.

Odborníci předpokládají, že hlavním procesem odstraňování neutrálního plynu z galaxií je působením náporového tlaku mezigalaktického prostředí v kupě. Tímto mechanismem lze přirozeně vysvětlit ztrátu plynu z celé galaxie již během několika oběhů v kupě, zatímco hvězdná komponenta galaxie zůstane prakticky netknuta. Konkurenční hypotéza beroucí do úvahy slapové působení sousedních galaxií by ovlivnila jak plynnou tak hvězdnou komponentu, a to se nepozoruje.

Problém je však v časování. To, že galaxie obsahuje jen malé procento plynu, neznamená, že o něj přichází právě teď. K silné interakci mohlo dojít dávno v minulosti, a plyn, který v procesu formoval typický vodíkový ohon, se mohl už dávno rozptýlit v mezigalaktickém prostředí do mnohem většího objemu a tím se stát nepozorovatelným. Stejně dobře také mohl prodělat fázovou změnu (například se ohřát) a opět by přestal být pozorovatelný v čarách neutrálního vodíku. Rychlá fázová změna by problém chybějícího plynu přirozeně vysvětlila. Tato hypotéza ale nevysvětluje situaci kompletně, protože ne všechen plyn fázovou změnu prodělal a mnohé vodíkové ohony pozorovány jsou. Dostupné numerické simulace přinášejí i další důležité indicie, především o tom, že žádná z pracovních hypotéz neumí situaci známou v kupě galaxií v Panně vysvětlit kompletně.

Autoři se tedy vrátili k napozorovaným datům. Tým pracovníků Oddělení galaxií a planetárních systémů ASU pro svoji novou práci využil již existující rádiová data z přehlídek této části oblohy získaná především s pomocí 300metrové nepohyblivé antény v Arecibu. Jde o rádiové kostky se dvěma dimenzemi reprezentujícími souřadnice na obloze a třetí dimenzí odpovídající radiální rychlosti (tedy rychlost ve směru k nebo od pozorovatele) daných struktur.

Autoři si nejprve položili otázku, kolik vodíkových ohonů by vlastně v kupě v Panně očekávali. Vzali do úvahy pozorovatelská omezení plynoucí z technologie zisku dat, tedy že ne všechny existující neutrálního ohony budou ve skutečnosti s dostupnou aparaturou zachytitelné. Odhadli, kolik z galaxií by mohlo aktivně ztrácet plyn. A vzali též do úvahy možný vývoj v mezigalaktickém prostředí. Celkově dospěli k odhadu, že by měli pozorovat 46 vodíkových proudů v přehlídce ALFALFA a 11 v přehlídce AGES.

Pro znovuprohledání archivních přehlídek značně vylepšili metodologii. Autoři poukazují na velkou sílu interaktivní práce s trojrozměrnými datovými kostkami s pomocí vizualizačního programu FRELLED, který umožňuje nejen volumetrickou vizualizaci trojrozměrných kostek, ale současně tvorbu řezů dle požadavků uživatele. Jako zvláště vhodnou metodu zobrazení pro identifikaci kompaktních struktur v rádiových kostkách autoři vyzdvihují tvorbu tzv. renzogramů. To jsou dvojrozměrné mapy, přes něž jsou překreslovány izočáry struktur v jednotlivých rychlostních kanálech, přičemž barva izočáry závisí na hodnotě radiální rychlosti. Renzogramy mají tu výhodu, že vizuální vjem nezávisí na zvoleném úhlu pohledu, čímž trpí například volumetrické vizualizace.

Zvolenou metodikou autoři nalezli nové vodíkové proudy, z nichž čtyři byly vysoko nad úrovní šumu a tedy zřejmé, šest vysoce pravděpodobných a šestnáct nejasných. Pro všechny nalezené kandidáty změřili předpokládanou hmotnost a jejich geometrické rozměry. Metodologii ještě ověřili s pomocí umělých datových kostek vygenerovaných numerickou simulací, na níž dokládají, že procento falešně detekovaných neexistujících struktur je zanedbatelné a že metodologie spíše některé existující vodíkové struktury neodhalí. Chová se tedy konzervativně, což je jedním z důležitých požadavků na solidní výzkum.

S využitím výsledků numerické simulace bylo též možné určit, že se neutrální vodík rozpadá s typickou rychlostí 1-10 hmot Slunce za rok a závisí na dominantním procesu. To v kombinaci s různým časem, který vodíkové proudy stráví v mezigalaktickém prostoru, umožňuje vysvětlit, proč jsou některé zřejmě dříve existující proudy nepozorovatelné, zatímco jiné jsou jasně patrné. Objevem nových vodíkových proudů, předchozími autory doposud nepozorovaných, se teoretický model dynamického dění v kupě galaxií v Panně dostává do mnohem lepšího souladu s pozorováními. Autoři očekávají, že se jejich závěry ještě podaří podpořit z nové přehlídky WAVES, což umožní výrazně zvýšit statistickou významnost zjištěných závěrů.

Trojrozměrná vizualizace nalezených ohonů je k dispozici zde.

REFERENCE

R. Taylor, J. Köppen, P. Jáchym, R. Minchin, J. Palouš, R. Wünsch, Faint and fading tails: the fate of stripped HI gas in Virgo cluster galaxies, Astronomical Journal v tisku, preprint arXiv:2001.03385.

KONTAKTY

Dr. Rhys W. Taylor, PhD
rhysyt@gmail.com
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.