Novinky

Na čem pracujeme: Molekulární oblak bez tvorby hvězd

Plyn v galaxiích podléhá mnoha změnám vyplývajícím mimo jiné z interakcí s vnějším prostředím. V kupách galaxií často dochází k vytrhávání celých plynných oblaků, které za galaxiemi zanechávají velmi dlouhé ohony. Pavel Jáchym z ASU v čele rozsáhlého mezinárodního týmu studoval velmi neobvyklý oblak v kupě galaxií v souhvězdí Lva.

Kupa galaxií ve Lvu (s katalogovým označením Abell 1367) je blízkou galaktickou kupou a je součástí nadkupy galaxií ve Vlasech Bereniky (lat. Coma). V Abell 1367 můžeme identifikovat dvě prolínající se podkupy, z hlediska dynamiky jde tedy o systém v neustáleném stavu. Celková hmotnost kupy Abell 1367 přesahuje 10¹⁴ hmotností Slunce, celkově v sobě shrnuje asi čtvrtinu nadkupy Coma.

Husté prostředí kupy může mít na jednotlivé galaktické členy devastující vliv. Galaxie se pohybují velkými rychlostmi (řádově 1000 km/s) horkým plazmatem (o teplotách 10-100 milionů K), které vyplňuje prostor mezi galaxiemi a působí na galaxie dynamickým tlakem. Tento tlak může být tak velký, že pod jeho náporem jsou z galaxií vytrhávány obří chuchvalce chladného galaktického plynu, za galaxiemi se pak táhnout rozsáhlé plynné ohony, které dobře mapují historii této komplikované interakce.

Osud vytržené látky a její vývoj mimo galaxie uprostřed horkého mezigalaktického plynu nebyl dosud plně pochopen. Proto bylo velmi zajímavé, když byl v roce 2017 v kupě Abell 1367 objeven izolovaný plynný oblak, který se nachází asi 800 kpc od centra kupy a do vzdálenosti 80 kpc od něj se nenachází žádná galaxie, s níž by mohl být na první pohled spojován. Jeho existenci odhalila optická pozorování ve vodíkové čáře Hα, která trasují relativně chladný plyn o teplotách cca 10 tisíc K. Je možné, že byl tento osiřelý oblak vytržen z galaxie, která prolétala kupou. Jestli to bylo působením dynamického tlaku, gravitační interakcí s další galaxií nebo kombinací obojího, není zcela jasné. Lze však odhadnout, že v prostředí kupy přečkal osamoceně déle než 70 milionů let.

Následná pozorování z družice XMM Newton prokázala, že je tento osiřelý oblak také zdrojem rentgenového záření, což svědčí pro přítomnost horké (10 milionů K) plynné komponenty. Rentgenová pozorování navíc ukázala, že předchozí objev byl pouhou pověstnou špičkou ledovce – oblast rentgenového záření je ve srovnání s původně objeveným oblakem obrovská, její efektivní poloměr asi 30 kpc odpovídá velikosti celé galaxie. Rentgenový oblak je navíc silně nesymetrický s maximem záření nedaleko od chladné části oblaku. Doplňující spektroskopická pozorování z Velmi velkého dalekohledu (VLT) naznačila, že metalicita plynu (tedy obsah prvků těžších než helium) v oblaku je vysoká, z čehož se dá usoudit, že zdrojem oblaku musela být spíše hmotná vyvinutá galaxie. Protože se oblak nachází daleko od všech galaxií v kupě, měla by být logicky látka v něm ve velmi pokročilém vývojovém stádiu a dobře promíchaná s okolním mezigalaktickým plynem. Přítomnost chladnější Hα složky uprostřed horkého plynu však naznačila, že v oblaku existují podmínky, které zabraňují kompletnímu ohřevu okolním plazmatem.

Pavel Jáchym a jeho kolegové se zaměřili na rádiová pozorování tohoto oblaku ve spektrálních čarách oxidu uhelnatého, aby hledali stopy po přítomnosti ještě chladnější složky, molekulárního plynu o teplotách pouhých 10–100  K. Tato pozorování byla získána 30metrovou anténou IRAM ve Španělsku na začátku června 2021. Autoři se zaměřili na dvě oblasti, na „jižní“, která korespondovala s nejvýraznějším zdrojem záření v čáře Hα, a na „severní“, která korespondovala s maximem výskytu záření rentgenového.

Pozorování trvající dohromady téměř 30 hodin ukázala, že v obou sledovaných oblastech je chladný molekulární plyn skutečně přítomen. Jeho celková odvozená hmotnost odpovídá asi 200 milionům hmotností Slunce, což činí asi desetinu celkové hmotnosti osiřelého oblaku, která je dominována horkou komponentou. Podobné podmínky, tedy mix plynných fází od chladné molekulární až po horkou ionizovanou, který se vyvíjí v prostředí horkého mezigalaktického plazmatu, je pozorován také v plynných ohonech výše popsaných galaxií. Analýza výsledků potvrdila, že rovněž prostorové a rychlostní vztahy mezi těmito fázemi jsou podobné těm v ohonech galaxií. Nová pozorování tedy ukazují, že původem osiřelého oblaku skutečně může být plyn, který byl před dávnou dobou dynamickým tlakem odstraněn z galaxie přilétající do kupy Abell 1367.

Navíc se jedná o vůbec první známý mezigalaktický oblak, ve kterém je prokázána koexistence těchto tří plynných komponent. A oblak je velice zajímavý ještě z jednoho důvodu: z předchozích pozorování již bylo známo, že se v něm nenachází téměř žádné hvězdy. O to překvapivější je objev týmu z Astronomického ústavu, neboť právě chladný molekulární plyn je základním stavebním materiálem pro tvorbu nových hvězd. Jeho detekované množství by za předpokladu standardních podmínek, které panují v mezihvězdném prostředí v galaxiích, mělo stačit na tvorbu hvězd v míře nejméně 200krát vyšší, než je pozorovaný horní odhad v oblaku. Důvodem mohou být velmi nízká hustota chladného plynu a také jeho poměrně vysoká rychlostní disperze, což dohromady zabraňuje kondenzaci plynu a následné tvorbě hvězd.

Bude úkolem budoucích podrobnějších pozorování oblaku v kupě v souhvězdí Lva, zejména pomocí milimetrového interferometru ALMA, odhalit, zda chladná část s molekulárním plynem je posledním místem v celkově ohřívajícím se oblaku či zda lokálně nemůže převážit proces ochlazování plynu a jeho množství se nebude zvětšovat. To by v principu umožnilo i budoucí tvorbu hvězd. Tyto hvězdy by vznikaly ve zcela neobvyklém prostředí, v izolovaném mezigalaktickém oblaku, daleko od všech okolních galaktických hvězdných ostrovů.

Michal Švanda

Citace práce

P. Jáchym a kol., Non-star-forming molecular gas in the Abell 1367 intra-cluster multiphase orphan cloud, Astronomy & Astrophysics 658 (2022) L5, preprint arXiv:2201.11141

Kontakt: Mgr. Pavel Jáchym, Ph.D., jachym@ig.cas.cz