Výzkumy v ASU AV ČR (70): Útok létajících hadů - mohou vodíkové proudy fragmentovat na izolované oblaky vodíku?

Husté kupy galaxií jsou důležitým stavebním kamenem velkorozměrové struktury vesmíru. Jsou i velmi důležitým testem kosmologických modelů. V některých z těchto testů standardních kosmologické modely s chladnou temnou hmotou selhávají a je otázkou, zda je to kvůli nesprávnosti těchto modelů nebo kvůli observační nedostatečnosti dat, s nimiž jsou výsledky modelu srovnávány. Jedním ze selhávajících testů je problém nazvaný jako „chybějící satelity“, který poukazuje na to, že počet galaxií pozorovaných v Místní skupině je výrazně menší než předpovídají kosmologické modely, přičemž např. trpasličích galaxií je pozorována asi desetina očekávaného počtu. Je docela dobře možné, že většinu trpasličích galaxií nepozorujeme, pravděpodobně především proto, že jsou složeny převážně ze skryté látky, zastoupení baryonické hmoty v nich je zanedbatelné a její koncentrace nikdy nepřekročila mez nutnou ke vzniku hvězd. V uplynulých letech bylo pozorováno několik těchto kandidátů na „temné galaxie“.

Naproti tomu jsou v kupách galaxií pozorovány útvary tvořené neutrálním vodíkem a to jednak dlouhé vodíkové struktury připomínající tvarem hady a jednak izolované vodíkové oblaky. Právě tyto izolované oblaky by mohly být dobrými kandidáty na temné galaxie. Mnohem přirozenější by bylo ale jejich vysvětlení jako pozůstatků, trosek pocházejících právě z dlouhých vodíkových hadů, které prošly složitým morfologickým vývojem v komplikovaném gravitačním poli galaktické kupy.

R. Taylor a spolupracovníci s pomocí numerických simulací zjišťovali, zda jsou pozorované vlastnosti izolovaných oblaků neutrálního vodíku konzistentní s očekávanými zbytky po slapovém trhání vodíkového hada, nebo zda spíše odpovídají vlastnostem plynu v hledaných temných galaxiích.

Jejich mravenčí práce však započala studiem pozorovacích dat. Z pozorování v neutrálním vodíku sestavili katalog jednak vodíkových hadů a jednak osamělých vodíkových oblaků. Sestavení katalogu bylo nutnou činností, neboť umožnilo stanovit typické vlastnosti pro obě třídy objektů. Takto získané vlastnosti pak vstupovaly do již zmíněných numerických simulací (to v případě vodíkových hadů) jejíž výsledky se porovnávaly s pozorováním (to v případě osamělých oblaků).

V numerických simulacích pak byl uměle vytvořený vodíkový had ve svém vývoji zmítán slapovým působením gravitačního pole sestaveného tak, aby připomínalo pole kupy galaxií v Panně, níž jsou pozorovány osamělé oblaky, ale téměř chybí vodíkoví hadi.

Autoři tedy testovali hypotézu přerodu vodíkových hadů v osamělé oblaky. Simulace byly spouštěny opakovaně s jinými parametry vstupního hada a jeho jinými startovacími pozicemi, takže bylo možné je zpracovat statisticky. Ze simulací byla konstruována „umělá pozorování“, odpovídající vzhledu systému pozorovaného reálnými přístroji, jež byly použity pro původní pozorování.

Ukázalo se, že přítomnost osamělých vodíkových oblaků je nesmírně obtížné (ale ne nemožné) vysvětlit jako výsledek fragmentace vodíkových hadů dlouhodobým působením gravitačních polí jednotlivých členů kupy. Výsledné odtržené oblaky totiž vycházely obvykle mnohem větší, než se pozoruje, vzniklo jich velmi málo a navíc látka v části z nich přesáhla kritické podmínky nutné pro samovolnou tvorbu hvězd. Navíc výsledné oblaky obvykle dobře splňovaly Tullyho-Fisherův vztah mezi hmotností a disperzí rychlostí, zatímco oblaky pozorované se od tohoto vztahu významně odchylují. Navíc testovaný mechanismus trhá vodíkové hady pomaleji než se očekávalo, a tak významné množství jich v simulaci přežilo až do současného věku kupy galaxií v Panně, zatímco pozorované nejsou žádné.

Naproti tomu obdobné simulace, do nichž však byly vloženy nikoli vodíkoví hadi, ale temné galaxie tvořené převážně skrytou látkou, vedla k výsledku, který je reálným pozorováním bližší.

Je tedy dobře možné, že pozorovaná mračna neutrálního vodíku volně plující prostorem galaktických kup ve skutečnosti prozrazují přítomnost koncentrací skryté látky a že jde ve skutečnosti o hledané temné galaxie.

Reference

Taylor, R. a kol. Attack of the flying snakes: formation of isolated H I clouds by fragmentation of long streams, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 461 (2016) 3001-3026

Kontakt

Rhys P. W. Taylor, PhD.
Oddělení galaxií a planetárních systémů Astronomického ústavu AV ČR
Email: rhysyt@gmail.com

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

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