Novinky

Pokroky ve výzkumu v Oddělení galaxií a planetárních systémů: Studium vícegeneračních hvězdokup

V průběhu semináře Astronomického ústavu AV ČR v Ondřejově 1. června 2015 představovala jednotlivá oddělení své rozpracované či již dokončené vědecké cíle. Jedním z nich byl i výzkum tzv. vícegeneračních hvězdokup, který probíhá pod vedením Prof. RNDr. Jana Palouše, DrSc.

 Kulové hvězdokupy jsou velmi hmotné, sféricky symetrické soustavy skládající se z několika set tisíc až jednoho miliónu hvězd soustředěných v malém prostoru o poloměru pouhých několika světelných let. Hustota hvězd je zde až miliónkrát vyšší něž v okolí Slunce. Kulových hvězdokup je v naší Galaxii zhruba 150 a jsou rozloženy ve sférickém halu obklopující střed naší Galaxie. Tzv. Hertzsprungův-Russellův, či zkráceně HR diagram (závislost svítivosti na barvě hvězd) u kulových hvězdokup ukazuje, že jsou zde velmi staré hvězdy, které se vyvinuly do fáze obrů a nadobrů. HR diagramy vytvořené na základě pozorování lze porovnávat s teorií hvězdného vývoje, což  umožňuje odhadnout stáří hvězdokup. Kulové hvězdokupy příslušející naší Galaxii jsou velmi staré, vznikaly před zhruba 12 miliardami let v dobách samotného vzniku našeho hvězdného ostrova, z něhož na obloze vidíme část známou jako Mléčná dráha. Hvězdy těchto kup mají mnohem méně těžkých prvků, než je tomu u mladších hvězd příslušících galaktickému disku, které vznikly z mezihvězdné hmoty obohacené o produkty termojaderných reakcí ve hvězdách předchozích generací.

Donedávna platila představa, že kulové hvězdokupy jsou jednoduché hvězdné soustavy skládající se z hvězd stejného stáří a stejného chemického složení, které je dáno skladbou molekulárního oblaku, ze kterého hvězdokupa vznikla. Během posledního desetiletí bylo však nutno dosavadní představy o hmotných hvězdokupách zcela revidovat. Přesná fotometrická pozorování pomocí Hubbleova vesmírného dalekohledu a spektroskopická pozorování prostřednictvím VLT na observatoři Paranal v nich odhalila významné nehomogenity: Hlavní posloupnost na jejich HR diagramech je rozštěpena, což dokazuje přítomnost více hvězdných generací s různým chemickým složením. Hvězdy druhé, popřípadě dalších generací, obsahují produkty hoření vodíku z hvězd první generace, což vyvolává představu samo-obohacení, kdy hvězdy dalších generací vznikají z mezihvězdné hmoty obohacené o produkty termojaderných reakcí předchozích generací hvězd.

Zrození kulových hvězdokup je bouřlivý proces, při kterém dochází ke stlačování molekulárních oblaků mezihvězdné hmoty během srážek galaxií. Příčinou stlačení, které spustí tvorbu hvězd, jsou srážky mezi oblaky původně příslušejícím různým galaxiím, nebo stlačení okolní řídkou hmotou, kde se rázovými vlnami vyvolanými srážkou galaxií zvýšila teplota a tudíž i tlak. Jinou možností, jak spustit tvorbu hvězd v molekulárních oblacích, je vliv slapových sil během galaktické srážky. Tyto srážky vytváří dlouhá slapová spirální ramena, kde schází galaktická diferenciální rotace. Tak jsou molekulární oblaka vyvedena z rovnováhy a gravitační kolaps spouští tvorbu hvězd. Galaktické srážky pozorujeme především při pohledu do vzdáleného vesmíru, tedy do hlubší minulosti, kdy byly mnohem častější, než je tomu dnes. Výjimečným příkladem srážky dvou spirálních galaxií, která se odehrává blízko nás, je soustava Tykadla, kde vzniká mnoho hmotných hvězdokup, tzv. super-hvězdokup, které, jak se domníváme, jsou mladými předchůdci starších kulových hvězdokup.

Během vzniku hmotné hvězdokupy je chladný oblak molekulární mezihvězdné hmoty částečně přetvořen na hvězdy a zbytek je odfouknut hvězdnými větry a tlakem záření mladých hvězd. Vysvětlení pro přítomnost více hvězdných generací hledáme pomocí modelu chladnoucích větrů, kdy pro nadkritické hmotnosti hvězdokup se v jejich vnitřní části vytváří tepelně nestabilní chladnoucí shluky plazmatu, kam se soustřeďuje hmota přinášená hvězdnými větry (Wunsch et al. 2011; Palouš et al. 2014),

Na počátku vývoje těchto shluků, kdy jsou jejich hmotnosti malé, jsou ultrafialovými fotony mladých hvězd zcela ionizovány. Po jisté době, kdy jejich hmotnost díky přítoku hmoty hvězdných větrů vzroste, jsou tyto shluky schopny odstínit všechny ultrafialové fotony okolních hvězd, a ochladit se na velmi nízké teploty pod 100 Kelvinů. Při takto nízkých teplotách a hustotách několika milionů částic na kubický centimetr se prostředí stává gravitačně nestabilní. To umožňuje vznik hvězd další hvězdné generace z materiálu hvězdných větrů, který je obohacen o produkty vývoje generace předchozí. Námi navrhovaný model chladnoucích hvězdných větrů předpovídá vznik dalších hvězdných generací těsně po vzniku první generace během prvních 10 milionů let života hvězdokupy. K ověření tohoto modelu hodláme využít spektroskopická pozorování pomocí dalekohledů Evropské jižní observatoře (ESO) v Chile.

Literatura:
Palouš, J., Wunsch, R. & Tenorio-Tagle, G., 2014, arXiv1407.4247P
Wunsch, R., Silich, S., Palouš, J., Tenorio-Tagle, C., & Munoz-Tunon, C. 20112, ApJ, 740, 75