„Vznik galaxií je jednou z největších otázek současné astrofyziky," uvedl Andrej Kravcov, profesor astronomie a astrofyziky na chicagské univerzitě. Astrofyzikové se k odpovědi na tuto otázku stále blíží díky novým pozorováním a počítačovým simulacím, včetně výzkumů vedených profesorem Kravcovem a Nickem Gnedinem, fyzikem z Fermi National Accelerator Laboratory.

Gnedin a Kravcov publikovali nové výsledky svých výzkumů v čísle časopisu The Astrophysical Journal z 1. května 2010. Vysvětlují v něm, proč hvězdy vznikaly v počátečním období vesmírných dějin pomaleji než v pozdějším čase. Článku si všimnul Robert C. Kennicutt ml., ředitel astronomického institutu Cambridgské univerzity a spoluobjevitel jednoho z klíčových zákonů týkajícího se vzniku hvězd v galaxiích (známého jako Kennicutt-Schmidtův zákon).

Časopis Nature ve svém vydání ze 3. června 2010 poznamenává, že nedávná vlna nových pozorování a teoretických simulací je pro budoucnost astrofyziky dobrým znamením. Ve svém článku v Astrophysical Journal Robert Kennicutt napsal: „Gnedin a Kravcov udělali velký pokrok při hledání jednotného vysvětlení těchto pozorování a simulací a prvotřídně ilustrují nedávný pokrok v této oblasti."

 

Zákon vzniku hvězd

Kennicuttův zákon vzniku hvězd popisuje vztah mezi množstvím plynu v galaxii v dané oblasti a rychlostí, jakou v této oblasti vznikají hvězdy. Tento zákon pomáhá při pozorování galaxií vzniklých v pozdějších dobách dějin vesmíru, avšak nedávná pozorování Arthura Wolfehokalifornské univerzity v San Diegu a Hsiao-Wen Chenové, profesorky astronomie a astrofyziky na chicagské univerzitě, naznačují, že zákon neplatí pro galaxie vzniklé během prvních dvou miliard let po Velkém třesku.

Práce Gnedina a Kravcova úspěšně vysvětlují proč. „Ukazuje se, že v raných fázích vývoje vesmíru byly galaxie při přeměně mezigalaktického plynu na hvězdy mnohem méně výkonné," řekl Kravcov. Evoluce hvězd vede k rostoucímu množství prachu, jelikož hvězdy produkují prvky těžší než helium (včetně uhlíku, kyslíku a železa, které jsou klíčovými prvky prachových částic). „V raném vesmíru neměly galaxie dost času na produkci velkého množství prachu a bez prachu je velmi obtížné hvězdné porodnice vytvořit," uvedl Kravcov. „Tyto galaxie nepřeměňují plyn tak účinně jako dnešní galaxie, které jsou plné kosmického prachu."

Proces vzniku hvězdy začíná smršťováním oblaku mezihvězdného prachu. V jednu chvíli se začnou atomy vodíku a helia slučovat a v chladných oblastech oblaku začnou vytvářet molekuly. Molekula vodíku vzniká, když se spojí dva atomy vodíku. V prázdném prostoru se to neděje často, ale na povrchu částic kosmického prachu se příslušné atomy najdou snáz.

„Největší částečky kosmického prachu jsou velké asi jako nejmenší zrníčka písku na pěkné havajské pláži," uvádí Gnedin. Takové molekuly vodíku jsou křehké a intenzivní ultrafialové světlo vyzařované velkými mladými hvězdami je snadno zničí. V některých galaktických oblastech ale tvoří tmavé mraky (nazývané tak kvůli prachu, který obsahují) vrstvu chránící molekuly vodíku před ničivým světlem jiných hvězd.

 

Hvězdné porodnice

„Hvězdy přirovnávám často ke špatným rodičům: nevytvářejí dobré podmínky pro nastupující generace," žertuje Gnedin. Prach poskytuje hvězdné porodnici ochranu, poznamenává Kravcov.

„Existuje jednoduchý vztah mezi přítomností prachu v takovém plynu a jeho schopností vytvářet hvězdy, a to je něco, co jsme poprvé vymodelovali během našich simulací vzniku galaxií," řekl Kravcov. „Je to velmi pravděpodobný model, i když ještě nevíme na sto procent, jestli to opravdu přesně tak funguje."

Gnedin-Kravcovův model taky nabízí přirozené vysvětlení otázky, proč je dnešní vesmír tvořen především spirálními galaxiemi a proč v malých galaxiích vznikají hvězdy jen pomalu a neefektivně.

„Galaxie vidíme většinou jako velmi tenké disky a tyto typy vznikají během simulací vzniku galaxií jen zřídka." Astrofyzikové proto předpokládali, že galaxie vznikají prostřednictvím série srážek. Simulace však ukazují, že při srážce galaxií vznikají kulovité struktury vypadající spíš jako elipsa než jako spirála. Ale na počátku historie vesmíru nebyly mraky kosmického plynu příliš efektivní při „výrobě" hvězd, takže před vznikem hvězdy byla nutná jejich srážka. „V takovém případě může vzniknout tenký disk," potvrzuje Kravcov.

Co se týče malých galaxií, jejich omezená produkce prachu může vysvětlovat jejich neefektivitu při zrodu hvězd. „Všechny tyto drobné důkazy a jevy, o jejichž existenci jsme věděli, do sebe najednou začínají zapadat," říká Gnedin. „To je to, co mám jako fyzik rád: fyzika je snaha pochopit jednotící principy skryté za různými jevy." Na vědce ale čeká ještě spousta práce; ta bude probíhat s pomocí nových postgraduálních studentů na chicagské univerzitě a za pomoci dalších simulací, které jsou připravovány na ještě výkonnějších superpočítačích. „To je další krok," uvádí Gnedin.

 

24. listopadu 2010

Zdrojový článek: ScienceDaily

Obrázek: Spiral Galaxy, Wikipedia

Přeložila: Veronika Součková