Novinky

Na čem pracujeme: Analytický model ztráty plynu v galaxiích vnějším dynamickým tlakem

Vývoj galaxií v kupě je poměrně komplikovanou záležitostí, neboť jednotliví členové kupy spolu složitě interagují. Jedním z důležitých procesů je ztráta plynu z galaxie dynamickým tlakem prostředí kupy. Astrofyzikové z ASU si vzali za cíl zdokonalit a otestovat zjednodušený analytický model, který by byl vhodný pro rychlé posouzení ztráty plynu dané galaxie bez nutnosti provádět náročné numerické simulace.

Již několikrát jsme v tomto seriálu referovali o výhodách analytických modelů pro popis některých astrofyzikálních situací. Analytické modely umožňují získat rychlý vhled na procesy, ke kterým v daném problému dochází bez nároku na detailní znalost. Detailní popisy jsou a budou doménou náročných numerických simulací.

Jedním z aktivně studovaných problémů je interakce galaxií v galaktických kupách s plynem, který je mezi galaxiemi rozptýlen. Tento okolní plyn působí na obíhající galaxie vnějším dynamickým tlakem. Tento tlak je schopen ovlivnit pohyby částic plynu v samotné galaxii a pokud přesáhne jeho vliv mez únikové rychlosti, odstraňuje tento proces velmi efektivně plyn z disků galaxií a přesouvá jej právě do mezigalaktického prostoru. Z pozorování je známo, že spirální galaxie v kupách mívají výrazně méně neutrálního vodíku v disku, než by se pro daný typ galaxie očekávalo. Přitom v optickém oboru tyto na plyn chudé galaxie vypadají „normálně“.

Proces ochuzování galaxií o plyn dynamickým tlakem okolí je běžně studován pomocí numerických simulací. Ty jsou však výpočetně velmi náročné a sestavení celé sítě modelů pro běžné situace je nemyslitelné. Ve výsledku ale nemusí být otázkou přesný popis složitého vzájemného působení galaxie a jejího okolí, ale tazatele může zajímat „pouze“ o kolik hmoty v plynu galaxie během celého procesu přijde nebo z které části galaxie je tento plyn odstraněn, což jsou mnohem jednodušší otázky.

Popis interakce galaxií se zhuštěným mezigalaktickým materiálem a jejich analytické modely lze rozdělit do dvou mezních situací. V případě dlouhodobého působení (tedy delšího než je charakteristická perioda vertikálních oscilací plynu v disku galaxie) je klíčovým parametrem, který určuje, kolik plynu bude z galaxie odstraněno, maximální hodnota vnějšího tlaku podél dráhy galaxie. V opačném případě, kdy interakce proběhne rychle, závisí výsledek na integrálu hodnot tlaku podél dráhy galaxie. Ten lze přiblížit součinem rychlosti galaxie vůči pozadí kupy blízko pericentra její dráhy a sloupcové hustoty mezigalaktického plynu, což jsou parametry, které lze odvodit z pozorování.

 Čtveřice pracovníků skupiny Fyziky galaxií navrhla a otestovala zobecnění analytických modelů pro „puls“ dynamického tlaku s libovolným časovým průběhem. Taková situace v kupách galaxií nastává běžně. Galaxie mohou být na vysoce výstředných oběžných trajektoriích kolem těžiště systému a přitom hustota a tlak mezigalaktického plynu narůstá směrem k těžišti. Před průletem galaxie pericentrem tak galaxie odolává zvyšujícímu se dynamickému tlaku, neboť roste jeho hustota a současně narůstá vzájemná rychlost, při vzdalování od pericentra naopak dynamický tlak okolí klesá. Výsledek vzájemného působení samozřejmě také závisí na parametrech popisujících samotnou galaxii. Tedy jak je galaxie hmotná, jaké je rozdělení hmotnosti v disku a zda a jaké má halo nebo centrální výduť.

O to je možná překvapivější, že zjednodušený model například předpovídá množství ztraceného plynu s chybou menší než 5 % ve srovnání s podrobnou numerickou simulací. Publikovaný model lze využít i  pro posouzení stavu studovaných galaxií v kupě. Se znalostí pouhých několika málo parametrů, které lze odvodit z pozorování, se lze snadno dozvědět, zda studovaná galaxie právě přichází o plyn, nebo zda o něj přišla již v minulosti a to zejména u galaxií, u nichž tento stav není z jiných pozorování znám. Jeho užitečnost je tedy více než zřejmá.

Michal Švanda

Citace práce

Köppen, J.; Jáchym, P.; Taylor, R.; Palouš, J., Ram pressure stripping made easy: an analytical approach, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 479 (2018) 4367-4390, preprint arXiv:1806.05887

Kontakt: RNDr. Pavel Jáchym, Ph. D., pavel.jachym@asu.cas.cz