Výzkumy v ASU AV ČR (66): Příčky v galaxiích jako důsledek vzájemného slapového působení

N-částicové simulace mají v astrofyzice velmi široké použití. Umožňují studovat složité systémy a omezovat vývojové modely, což by z pouhé analýzy pozorování nebylo možné. Ivana Ebrová z ASU se podílela na teoretické práci zabývající se vznikem příček ve spirálních galaxiích působením slapů v centrech galaktických kup.

Ve vesmíru je mnoho typů galaxií, přičemž galaxie spirální v počtu převažují. Některé ze spirálních galaxií mají ve své centrální oblasti příčku. Ze statistických studií se zdá, že celé dvě třetiny spirálních galaxií jsou touto příčkou vybaveny. Příčka není jen vizuální ozdobou hvězdného ostrova, ale zásadním způsobem působí na prostředí galaxie a její vnitřní vývoj. Příčky totiž ovlivňují přesun hvězdy i plynu v rámci galaxie, tím také ovlivňují přerozdělování momentu hybnosti. Očekává se, že příčky jsou jedním z hlavních hybatelů tvorby nových hvězd ve vnitřních partiích galaxií, u některých byly součinností příčky pozorovány celé prstence oblastí s novou hvězdotvorbou.

S dostupností systematických prohlídek oblohy bylo možné vyšetřovat nejen struktury jednotlivých galaxií, ale i podívat se na jejich statistické vlastnosti. Druhým pilířem výzkumu (nejen) galaxií s příčkou jsou numerické simulace, které umožňují vyšetření vývoje nejrůznějších myslitelných konfigurací. Numerické simulace v minulosti ukázaly, že příčky spontánně vznikají v samogravitujících osově symetrických discích působením dynamických nestabilit (např. hadicové nestability) v tomto disku. Vznik a růst příčky bývá připisován přechodu hvězdných drah v disku z kruhových na protažené, k němuž dochází v důsledku ztráty momentu hybnosti vyvinutých hvězd.

Na vznik nestabilit vedoucích k formaci příčky mohou mít vliv i externí faktory, například slapové působení okolních galaxií. Tuto cestu studoval rozsáhlý mezinárodní tým, jehož součástí byla i Ivana Ebrová z ASU. Vědomi si toho, že posouzení externích faktorů je velmi obtížnou úlohou, zkonstruovali několik modelů popisujících vývoj galaxie typu Mléčná dráha ve slapovém poli kupy galaxií typu kupa galaxií v Panně. Pro porovnání také vyšetřovali model stejné galaxie v izolaci.

Simulace se tedy skládala z realizace napodobující kupu galaxií v Panně s celkovou hmotností 5,4×10¹⁴ hmotností Slunce, jež byla reprezentována milionem částic. Testovaná galaxie byla složena ze dvou modelových komponent: hala z temné hmoty (s hmotností 7,7×10¹¹ slunečních hmotností) a disku (3,4×10¹⁰ hmotností Slunce), každá z těchto komponent byla opět reprezentována milionem numerických částic. Tato galaxie byla vůči modelové kupě posílána po různých oběžných drahách, po nichž se dostávala do různých vzdáleností od centra modelové kupy a tudíž podléhala slapovému působení v různé míře.

Je asi důležité podotknout, že cílem autorského týmu nebyl průzkum vlivu jednotlivých průletů pericentrem, ale jejich celkový dlouhodobý efekt. Z vyhodnocení výsledků vyplývá, že slapové působení je vhodným externím činitelem vedoucím ke vzniku příček. Obecně platí, že těsnější dráhy (tedy průlety blíže těžiště modelové kupy) vedou k rychlejší formaci příček, které jsou také výraznější.  V pozdějších fázích vývoje podléhají příčky borcení, přičemž nástup této fáze je opět rychlejší pro těsnější orbity. Tyto nestability vedou ke změně tvaru příček, takže ve výsledku jsou hranatější a některé připomínají tvarem burský oříšek – i to se v reálných galaxiích skutečně pozoruje. Tyto tvary se objevují jen pro ty nejtěsnější orbity s velkým vlivem slapů.

V kontrolní simulaci bez vlivu galaktické kupy se příčka vytvořila také, ale nedospěla k hranatějšímu tvaru. To naznačuje, že slapy sice nemusí být hlavním důvodem pro vznik příček, ale hrají důležitou roli v jejich vývoji a některá pozorování by bylo obtížné vysvětlit, pokud by se slapy od ostatních galaxií nebraly v úvahu.

REFERENCE

Łokas, E., Ebrová, I. a kol., Tidally induced bars of galaxies in clusters, Astrophysical Journal v tisku, preprint arXiv:1601.07433.

KONTAKT

Mgr. Ivana Ebrová, Ph. D.
Oddělení galaxií a planetárních systémů AsÚ AV ČR
Mail: ivana.ebrova@asu.cas.cz

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Oddělení galaxií a planetárních systémů AsÚ AV ČR

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