Kvasary zrozené v srážkách galaxií  
Američtí astronomové analyzovali data tří známých kosmických teleskopů ve snaze porozumět, jak vznikaly kvasary v různých dobách vývoje vesmíru.

 

Zvětšit obrázek
Představa o kvasaru Q0957+561. Nachází se v něm tajemný objekt 4 miliard krát hmotnější, než je Slunce. Jeho extrémní magnetické pole při rotaci vytváří magnetickou spirálu navíjejících se siločar. Podél rotační osy z kvasaru unikají obrovskými rychlostmi proudy kladných atomových jader (modrá barva) a užší proudy relativistických elektronů (červená). Kredit: Christine Pulliam (CfA)

Když astronomové zamířili první radioteleskopy do hlubin vesmíru, objevili neznámé bodové zdroje tohoto dlouhovlnného elektromagnetického záření. Když se pak na ně zaměřili i svými dalekohledy pro viditelné světlo, uviděli různé objekty – pozůstatky po supernovách, nebo gigantická plynno-prachová mračna ve vzdálenějších galaxiích, které jsou kolébkou zrodu nových hvězd. V mnohých případech ale ve viditelném spektru pozorovali jenom vzdálený, hvězdě podobný objekt. Podle toho tyto hvězdy-nehvězdy dostaly název – "hvězdě podobné rádiové zdroje", v angličtině "qausi-stellar radio sources", tedy zkráceně "quasars" – kvasary.


Později se ukázalo, že nejde o objekty z naší Mléčné dráhy a že musí být velmi, velmi daleko. Dále než tehdy známé galaxie. A že tedy musí i extrémně zářit, když je na takovou vzdálenost registrujeme. Dnes s velkou dávkou jistoty předpokládáme, že jsou to aktivní jádra obrovských galaxií, které vznikly v ranějších dobách vývoje vesmíru. V jejich středech sídlící gigantické černé díry pohlcují obrovské množství mezihvězdného plynu a prachu. Hmotu před spolknutím gravitačně urychlují na obrovské rychlosti, tím ji stlačí a zahřejí. Tato hmota pak intenzivně vyzařuje v mnoha oblastech spektra - od nízkoenergetických rádiových vln až po vysokoenergetické gama záření.

Když výkonné teleskopy objevily, že vzájemné srážky galaxií nejsou ničím extrémně výjimečným, astronomové pochopili, že tyto kolize musely být v raném vesmíru ještě běžnější. Některé z kvasarů, které dnes pozorujeme, jsou výsledkem těchto dávnych kosmických dramat.

Zvětšit obrázek
Dvojitý kvasar SDSS J1254+0846 s rameny hmoty odvíjejícími se z hostitelských galaxií. Vytvořily je gravitační vlny. Kredit: Carnegie Institution

 

Počítačové modely upřesnily pravděpodobné průběhy galaktických srážek a pomohly vysvětlit, proč většinu nejvzdálenějších kvasarů ve viditelném světle nepozorujeme. Při srážce se mění rozložení plynu a jeho obrovské masy se mohou přesouvat směrem k centrálním černým dírám v obou galaxiích. Ty se pak nenasytně krmí, přibývají mnohonásobně na hmotnosti i gravitační síle, čímž se celý děj ještě více dramatizuje, pokud mají v dosahu dostatek materiálu. Ale narůst mohou i masivnější hvězdy, které mají štěstí a srážka jim zajistila přísun nových hmotných rezerv do oblasti jejich gravitačního dosahu. Nenasytnost se jim ale nevyplácí – nejen že naberou na hmotnosti a více se rozzáří, ale zkrátí si i hvězdný život, protože rychleji spalují své nukleární palivo. Když pak na závěr explodují jako supernovy, rozmetou do okolí své vnější vrstvy v podobě gigantických rozpínajících se pracho-plynných mračen. Jestli v galaxii exploduje velké množství supernov, vznikne prachová opona, jež před zraky našich dalekohledů natolik zastíní galaktický střed, že ho v spektrálním rozsahu od viditelného světla po rentgenové záření nemusíme vůbec registrovat.


V časopisu Science se objevil krátký článek, ve kterém tým amerických astrofyziků vedený Ezequielem Treisterem analyzuje data získaná pomocí kosmických sond. Vědci prokázali, že většina kvasarů, které vznikly v raném vesmíru, jsou mraky prachu maskovány. Proto jsme dosud viděli spíše ty „mladší“ kvasary. Tento závěr odpovídá pozorování i teoretickým modelům vývoje velkých, na plynnou složku bohatých galaxií i předpokládané frekvenci jejich vzájemných kolizí v průběhu miliard let.


Energie, kterou vzdálený kvasar vyzáří, neregistrujeme v původních vlnových délkách. Nezpůsobuje to jenom rudý posuv spojený s rozpínáním prostoru. Fotony s vyšší energií – například rentgenové, nebo ultrafialové paprsky mohou být při průchodu oblaky prachu absorbovány a pak jejich energie opět vyzářena, ale již v delší vlnové délce.

Zvětšit obrázek
Rádiové vyzařování z kvasaru unikajících vysokoenergetických částic, které byly urychleny na relativistické rychlosti. Kredit: NRAO/AUI

 

Abychom pochopili, „jak to ve vesmíru chodí“, je nevyhnutné skloubit všechny informace, které na různých vlnových délkách vysílá. Oblast viditelného světla je výjimečná jenom pro nás, protože v tomto spektru funguje náš zrak. Ale naštěstí dokážeme sestrojit „oči“, které nám zprostředkují i neviditelné rádiové signály (např. interferometre VLA, VLB), infračervené světlo (sonda Spitzer), nebo rentgenové a gama záření (Chandra). I zasloužilý Hubble mapuje vesmír v široké škále spektra. Vidí světlo od blízkého infračerveného, přes viditelné až po ultrafialové. Díky těmto teleskopům astronomové mohou objevit i jádra aktivních galaxií ukrytá za mraky plynů a hvězdného prachu a zkoumat, co se při galaktických srážkách děje s černými dírami v jejich jádrech. Jak v průběhu kolize mnohonásobně zvyšuji svojí hmotnost. Černá díra v centru naší spirálové galaxie patří mezi ty „lehčí“ – její hmotnost asi 4 milion krát převyšuje hmotnost Slunce. V jádrech raných obřích eliptických galaxiích  trůní gigantické černé díry s hmotností až několika miliard našich Sluncí. V obou případech ale hmotnost centrální černé díry představuje asi tisícinu souhrnné hmotnosti všech gravitačně poddaných hvězd.


Černé díry odsávají všechen dostupný materiál ve svém okolí. Jak ho k sobě přitahují a urychlují, část plynu může uniknout a gravitačním prakem být vymrštěna pryč. Následující počítačová animace simuluje srážku galaxií, které obklopuje halo temné hmoty. Výsledkem je vznik eliptických galaxií doprovázený obrovským kosmickým ohňostrojem. Autory simulace jsou Joel Primack, Patrik Jonsson (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) a Greg Novak (Department of Astrophysical Sciences, Princeton University). Srážka galaxií je zobrazena tak, jako bychom jí viděli dalekohledem. Model zahrnuje i pohlcování světla hvězd mezihvězdným prachem, jeho oteplování i ochlazování, vznik nových hvězd i exploze supernov. Minuta a dvacet sekund dlouhé video znázorňuje asi 3 miliardy let galaktického vývoje. Barvy odpovídají vnímání lidského zraku – v modrých oblastech se rodí nové hvězdy, oblaka prachu pohlcující procházející světlo jsou tmavší a načervenalá.



Srážka tedy přesouvá obrovské masy plynu do centrálních oblastí kolidujících galaxií. Tam, kde si na něj nemohou již černé díry gravitačně sáhnout a pohltit ho, mohou vznikat nová obrovská oblaka se zvýšenou hustotou. V nich se o překot rodí nové hvězdy, mnohé z nich i desetinásobně hmotnější než je Slunce. Supernovy, které na konci jejich poměrně krátkého hvězdného života explodují, pak vyprodukují obrovské množství plynno-prachového materiálu zahalující centrální oblast galaxie.

Zvětšit obrázek
Šest snímků ze sbírky Hubleova vesmírného teleskopu na kterých jsou galaxie s kvasary ve svých jádrech.

 

Když astronomové udělali revizi známých kvasarů, zjistili velice průkaznou závislost – kvasary, které vznikly v ranějších dobách vesmíru, jsou vesměs ukryty do prachové obálky. Pro mnohem mladší to již neplatí – více než polovinu vidíme i ve spektru viditelného záření, nebo v rentgenu. Poměr v kratších vlnových délkách viditelných a neviditelných kvasarů se podle pozorování teleskopů Spitzer, Hubble a Chandra mění v průběhu stárnutí vesmíru až desetinásobně.


Výsledky Treisterova týmu jsou ve shodě s modely, které rekonstruují vznik na plyn bohatých galaxií v raném vesmíru, jejich v průběhu vesmírní historie měnící se hustotu a s ní související pravděpodobnost jejich srážek. Tu vědci stanovili na základě nejuznávanější kosmologické teorie - modelu vesmíru ΛCDM (Lambda–Cold Dark Matter). Jde o známou představu o složení vesmíru, v němž 72 – 73 % tvoří temná energie (představuje jí lambda ve zkratce), dalších 23 % připadá na chladnou temnou hmotu (CDM – cold dark matter). Z atomů složená hmota má jenom 5% podíl. A pouhého asi 0,5 % z celkové hmotnosti galaxií vidíme v podobě hvězd, plynu nebo prachu.


Jak vesmír stárnul četnost galaktických srážek klesala, ale snižovalo se množství galaxií bohatých na vodík a helium - spotřebovaly se při tvorbě hvězd. Dosud nejproduktivnějším způsobem rekonstrukce kosmické minulosti je modelování a porovnávání výsledků s pozorovanou realitou. Příkladem jsou i další počítačové simulace:


Frank Summers (Space Telescope Science Institute) využil údaje od kolegů (Chrise Mihose / Case Western Reserve University a Larse Hernquista / Harvard University) pro vytvoření krátkého videa znázorňujícího celý průběh kolize dvou galaxií. V okamžicích, kdy se simulace na chvíli zastaví, se objeví reálný snímek některé pozorované galaktické srážky z Hubbleova teleskopu. Je to hezká ukázka propracovanosti současných modelů. Kredit: NASA, ESA / F. Summers (STScI)

 


Trojice Tiziana Di Matteo, Volker Springel a Lars Hernquist vytvořila před pěti lety k svému odbornému článku pro časopis Nature i tuto počítačovou animaci srážky dvou galaxií. Na rozdíl od obou předchozích modelů, tento bere v úvahu i vliv supermasivních černých děr v centrech obou galaxií. Simulace znázorňuje, jak se mění rozložení plynu v průběhu 2 miliard let. Světlost barvy je úměrná hustotě plynu, odstín odpovídá jeho teplotě.  Kredit: Tiziana Di Matteo, Volker Springel, Lars Hernquist
(T. Di Matteo, V. Springel, L. Hernquist: Energy Input from Quasars Regulates the Growth and Activity of Black Holes and Their Host Galaxies, Nature 433, 604 (2005))


 

První z dvou animací znázorňuje chování plynu při srážce dvou galaxií s centrálními černými dírami. Jde o spirálové galaxie podobné Mléčné dráze s poměrem hmotností 2:1. Modrou barvou je znázorněn plyn o teplotě 10 000 K, červenou o teplotě milion Kelvinů. Světlost barvy je úměrná hustotě plynu.
Druhá animace představuje vývoj hvězdných populací při stejné srážce galaxií. Zde barva odpovídá průměrnému věku hvězd – modré mají okolo 10 milionů a červené asi jednu miliardu let. Světlost opět představuje hustotu, tentokráte ale hvězd v prostoru.
Kredit: Philip Hopkins, Harvard University

 

 

Tato animace Thomase Coxe z Carnegie Observatories je počítačovým modelem srážky dvou galaxií který se snaží rekonstruovat vývoj reálně pozorovaného binárního kvasaru SDSS J1254+0846. Simulace představuje časovou periodu 3,6 miliardy let. Skutečný obraz binárního kvasaru jak ho dnes pozorujeme se zobrazí s odstupem 2,33 miliardy let od začátku srážky. (Kredit: T.J. Cox)

 


 

Zdroje: Science 1 , 2  , 3

Datum: 06.05.2010 14:21
Tisk článku

Jas kvasaru - Pitzmos Aleš
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 149 Kč
cena: 149 Kč
Jas kvasaru
Pitzmos Aleš
Související články:

Prstencové galaxie jsou jako temné šperky poseté černými děrami     Autor: Stanislav Mihulka (07.09.2018)
Observatoř Newton objevila nejjasnější a nejvzdálenější pulsar ve vesmíru     Autor: Stanislav Mihulka (22.02.2017)
Umírající obr V Hydrae odpaluje kusy plazmatu velikosti Marsu     Autor: Stanislav Mihulka (08.10.2016)
Kolem kvasarů burácejí proklatě divoké vichry     Autor: Stanislav Mihulka (28.03.2016)
Hubble zlomil rekord: Máme galaxii 400 milionů let po Velkém třesku     Autor: Stanislav Mihulka (05.03.2016)



Diskuze:

S Vámi je to těžké.

Radim Dvořák,2010-05-12 00:45:52

Začnete tím, že o kvasarech, fenoménu známém desítky let, nevíte téměř nic. Poté spekulujete o tom, jak si představujete vesmír Vy.

1. Zákon zachování hybnosti je probírán někde v 6.-7. třídě základní školy. Zákon zachování momentu hybnosti pak na střední škole. Padá-li hmota do černé díry, dostává se k ní po spirále, přičemž si zachovává svoji hybnost a moment hybnosti. Pokud je hmoty příliš mnoho najednou, černá díra nezvládne všechnu pohltit a většina hmoty je odmrštěna radiálně, vystřelena axiálně (jets) nebo konvertována v energii - gama a rentgenové záření. To se pak gravitačním rudým posuvem může dostat do jiných vlnových délek, dále zabíhat nebudu.

2. Vámi zmiňovaná "část a antičást" hmoty jsou desítky let experimentálně prokázané. Dále netřeba argumentovat. Jen by mě zajímalo, co myslíte tím svým "modelem".

3. Pokud přijmeme inflační teorii vesmíru, je možné, že pozorovatelný vesmír je pouze velmi velmi malá část existujícího vesmíru, přičemž pozorovatelnost je dána konečnou a vzhledem k rozměrům vesmíru pomalou rychlostí světla. Jakýkoliv vektor pohybu pozorovaného vesmíru (nic takového zatím nebylo pozorováno) by pak byl pouze nepřímým důkazem inflační teorie, kdy by za naším pozorovatelným horizontem byl "atraktor" v podobě velké koncentrace hmoty.
Vaši prostorovou a časovou budoucnost příliš nechápu. Nepleťte si pohyb, rozpínání prostoru a čas. Při pohledu do dálav se vždy díváme do minulosti, leda že by vesmír byl relativně malý, konečný a uzavřený, což je v hrubém rozporu s dosavadními pozorováními.

Pak je tu ještě jedna varianta - žijeme v matrixu. Zkuste zapátrat "matrix universe". V takovém případě nemáme moc šanci a musíme se klepat strachy, kdy to admin vypne. Ale pro Vás by to mohlo být zajímavé :-)

Odpovědět


To bylo pro pana Ondřeje Vomáčku...

Radim Dvořák,2010-05-12 00:57:23

1. Nevěřím, že je to skutečné jméno přispěvatele. Jedná se tudíž pravděpodobně o nick, který "zdejší komunita považuje za nedůstojný". :-)

2. To mi ale vůbec nevadí. Nedůstojnost sama o sobě je, alespoň pro mě, přijatelná.

3. Poprosil bych admina, aby dořešil "chybu":
- jsem přihlášen déle, mám otevřené okno s článkem a vyprší session
- chci zadat komentář k příspěvku a jsem vykopnut na login
- po loginu logicky pokračuji v komentáři, ale místo toho se založí nový příspěvek, protože se ztratí informace o tom, že jsem, chtěl zadat komentář k jinému příspěvku

Odpovědět


pro pana Radima Dvořáka

Ondřej Vomáčka,2010-05-16 04:44:00

Dobrý den pane Dvořáku,
konečně jsem si našel čas podívat se an ten moment hybnosti apod. Ona je to vlastně setrvačnost, jen se tomu dnes říká jinak.

1. Pokles hmoty v mém modelu není způsoben gravitací, která má drobet jiné charakteristiky než jak je standardně chápána. Chování je stejné, podstata jiná. Černá díra v mém modelu má tvar propíchnuté koule skrz na skrz, hodně tlustého prstenu. Takovýto tvar vytváří orbitální dráhy ve tvaru obrysu číslice 8, které při každém obletu znamenají pokles na nižší orbit. Takto má tendenci chovat se hmota celé galaxie, z čeho plyne dvojí pokles, jelikož orbit je zároveň vedle tvaru černé díry, ovlivňován ještě uspořádáním veškeré hmoty. Zde je obrázek: http://img199.imageshack.us/img199/1299/dvojipokles.jpg

2. K tomuto, jelikož nemám přístup k experimentálním darům a způsobu jejich získání mohu napsat jen to, že těm výsledkům nevěřím.

3. Můj model je rovněž inflační, již jsem jej zde postoval jako link. Nerad bych se opakoval. Vektor pohybu nemůže být pozorován, je to jakobychom seděli uprostřed nafukujícího se balónku a všechny jeho stěny od nás byly stále stejně daleko, resp. dál a dál. Jak z tohoto úhlu pohledu chcete zjistit, kterým směrem je balónek unášen? Samozřejmě, přes ten atraktor, což bych vám dokázal vysvětlit, kdybych k tomu měl příležitost.

K matrixu, trefil jste to docela dobře, za matrix považuji 95% současných vědeckých poznatků na poli fyziky. Domnívám se, jsem přesvědčen, že jde o obrovský konglomerát desinformací. Hlavu si z toho nedělám, moje teorie získává stále více hmotných, přesvědčivých důkazů, takže nemám strach, že by tahle pampeliška neprošla tím asfaltem. Je to o důkazech, které nyní shromažďuji, jen mne mrzí, že jsem nedostal možnost a prostor k širší diskuzi v době, kdy jsem důkazů neměl tolik. Ta teorie je zcela revoluční a mění pohled na svět jako celek, proto je tolik neuvěřitelná a těžko pochopitelná. Rozumím tomu, že jsem z toho důvodu raději ignorován nebo je mi spíláno nebo sprostě nadáváno.

Odpovědět

Záhada i pro mne

Ondřej Vomáčka,2010-05-09 23:37:00

O kvasarech nevím téměř nic, vlastně jen jméno a informace z tohoto článku. Přesto se pokusím o výklad. Kterákoliv galaxie, ve které je vytvořená černá díra sdílí s podobnými galaxiemi stejný osud a sice, že se stane potravou černé díry. Výpočty, které mají dokládat, že se černá díra vypařuje, jsou chybné. Kvasar může být posledním stádiem galaxie, kdy již hmota koncentrovaná do hvězd a planet je pozřená černou dírou a co zůstává je rychle rotující oblak plynů, které znovu vstupují do černé díry a jsou znovu vyvrhovány. Projde-li hmota černou dírou, není zpravidla absorbována, sloučena s černou dírou všechna. Černá díra je v tomto jako supervýkonný vysavač, jehož filtry však proletí mikročástice, které jsou vyvržené do okolí a znovu přitažené černou dírou. Než černá díra vysaje vše, vyluxuje dokonale galaxii, trvá poměrně dlouho, než vysaje všechen prach, jelikož ten má největší šanci černou dírou projít.

Odpovědět


Pokusím se o vysvětlení

Radim Dvořák,2010-05-11 03:06:59

1. Černá díra není v časovém horizontu současného trvání vesmíru "všepožírající vysavač". Na to nemá dostatek času a zákon zachování hybnosti a především momentu hybnosti jí v tom brání.

2. Hawkingova radiace (vypařování černých děr) probíhá (pokud probíhá) u objektů hvězdných a vyšších hmotností v čase řádově pomaleji, než jsme schopni detekovat.

3. Díváme-li se do dálky, díváme se rovněž zpátky v čase. Nedává smysl, aby z našeho pohledu vzdálenější objekty reprezentovaly objekty v pozdějším stadiu vývoje. Opírám se o postulovanou a pozorováním potvrzenou izotropii a homogenitu pozorovaného vesmíru ve velkých měřítkách.

Odpovědět


Dobrý den pane Dvořáku

Ondřej Vomáčka,2010-05-11 05:36:14

Děkuji za pokus o vysvětlení.
1. O zachování hybnosti a momentu hybnosti nic nevím, takže v tomto směru si budu muset doplnit vzdělání.
2. Hawkingův model vypařování pokud vím stojí na povaze hmoty, která má mít dvě části - jakousi část a antičást, přičemž dostane-li se před horizont jedna z částí, má šanci uniknout i z oné obrovské přitažlivosti. Odmítám tento model, proto nesouhlasím ani s výpočtem. V mém modelu je hmota singulární, není složená z jakýchsi dvou sebevyvažujících částí. V takovém modelu buď hmota do černé díry padne nebo ne. A jakmile do ní padne, nemá šanci z ní nijak vystoupit. Čili nejde ani tak o pokus o vyvrácení výpočtu ale souboj celých modelů. Výpočet v rámci současného modelu může být samozřejmě správný, otázkou je, zda-li je onen model, ve kterém je výpočet začleněný správný.
3. Jistě, kamkoliv se díváme, díváme se do historie, jelikož informace nesené světlem jsou informace staré. To ale přeci ještě neznamená, že nemůže existovat určitý vektor pohybu celého pozorovaného vesmíru, který by znamenal, že na určitém místě oblohy, určité polovičce se díváme do budoucnosti, do prostoru, ke kterému doputujeme, tedy prostorové budoucnosti, nikoliv časové. Co se týče homogenity, mohl byste mi prosím onu homogenitu dát do souladu s tímto videem? http://www.aldebaran.cz/animace/Uni_cr.avi Zde se mi zcela zřetelně jeví, že to co na místě velkého atraktoru přebývá, na druhé straně naopak chybí. Čili homogenitu zde spatřuji ale ve smyslu směrového řídnutí. Celé by to mohl vysvětlit obrázek se širším záběrem, tato sféra je pouze cca 500megaparseková, tedy pokud tomu dobře rozumím, necelé 2mld světelných let. To si dovolím říci je již dostatečně široký záběr k tomu, aby byl důvodem k pochybnostem o izotropii.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace