V podstatě každou spirální galaxii, jakou je i ta naše, obklopuje galaktické halo – zhruba sférický difuzní obal ionizovaného plynu a tajemné neviditelné temné hmoty projevující se jen gravitačně. Součástí halo jsou i samostatné hvězdy a hvězdná seskupení, jako jsou kulové hvězdokupy nebo hvězdné proudy. Tyto různě dlouhé pentle hvězd jsou vlastně cáry hvězdokup nebo trpasličích galaxií, které roztrhaly a podél jejich drah roztáhly galaktické slapové síly. Proces znázorňuje následující simulace vývoje deseti hvězdných proudů, jejíž autorem je Denis Erkal z Univerzity v Surrey (Surrey je hrabství v JV Anglii):

Umělecké zobrazení naší Galaxie obklopené desítkami hvězdných proudů. Jsou pozůstatky satelitních malých galaxií a kulových hvězdokup, které roztrhala a formovala gravitace Mléčné dráhy, jež je postupně pohlcuje. Kredit: James Josephides a projekt S⁵ Collaboration

Výzkum těchto hvězdných proudů je pro astronomy velmi důležitý. Nejenže poskytují další informace o distribuci nepolapitelné temné hmoty, která udržuje hvězdy na oběžných drahách, ale vypovídají mnoho také o historii vzniku a akreci Mléčné dráhy i jejího bytnění v průběhu miliard let. Časopis Astrophysical Journal Americké astronomické společnosti přijal k publikování článek „S⁵: Orbitální a chemické vlastnosti dvanácti hvězdných proudů“ (preprint zde).

Virtuální pohled na stelární proudy obíhající Mléčnou dráhu. Rekonstrukce Galaxie vznikla na základě mapování oblohy evropskou sondou Gaia. Protože AAT je australský dalekohled, projekt S⁵ mapuje pouze proudy na jižní obloze. Kredit: Ting Li, S⁵ Collaboration a ESA

Úvodní „S⁵“ v názvu je označením pro pět písmen „S“, jimiž začínají slova názvu Southern Stellar Stream Spectroscopic Survey. Jde o projekt běžící od roku 2018 pomocí spektrografu 2dF/AAOmega na 3,9metrovém Anglo-australském dalekohledu (Anglo-Australian Telescope – AAT) pracujícím na Siding Spring Observatory v australském Novém Jižním Walesu. Podrobný spektroskopický výzkum hvězd ve vzdálených hvězdných proudech na jižní části oblohy poskytuje údaje pro analýzy jejich pohybů a chemického složení. Zatímco doposud publikované práce se zabývaly vždy jen jedním hvězdným proudem, mezinárodní tým vedený hlavní autorkou studie Ting S. Li, odbornou asistentkou na Katedře astronomie a astrofyziky Davida A. Dunlapa Torontské univerzity, nyní zveřejnil výsledky pro rovný tucet hvězdných proudů v heliocentrické vzdálenosti mezi ca 10 až 50 kiloparseků (asi 308 biliard až 1,6 trilionů km od Slunce). Výzkum prostorového rozmístění a pohybů těchto extrémně podlouhlých hvězdných seskupení umožňuje lépe odhadnout distribuci temné hmoty v oblasti Galaxie a jejího halo.

Virtuální znázornění dvanácti hvězdných proudů sledovaných projektem S⁵ z pohledu k jižního pólu Galaxie. Kredit: Geraint F. Lewis, S⁵ Collaboration

"Představte si vánoční stromeček," vysvětluje spoluautor článku, známý astrofyzik Geraint F. Lewis z Univerzity v Sydney. "Za tmavé noci vidíme vánoční světýlka, ale ne stromek, kolem kterého jsou omotána. Ale rozmístění světel odhaluje tvar stromu. Stejné je to s hvězdnými proudy – jejich dráhy odhalují temnou hmotu."

Kromě spektrografických měření v rámci S⁵ z australské observatoře astronomové využili i data evropské vesmírné sondy Gaia k stanovení poloh, chemizmu (přesněji metacility) a rychlostí hvězd v jednotlivých proudech. Výsledky umožnily rozluštit tajenku původu těchto proudů – z těch 12ti studovaných je polovina pozůstatkem trpasličích galaxií a zbylých 6 vzniklo gravitačním rozvolněním hvězdokup. "Tyto dva typy proudů poskytují odlišný pohled na povahu temné hmoty", dodává spoluautor studie, Alex Ji, astronom z Chicagské univerzity

Animace rozmístění jednotlivých hvězd v tuctu stelárních proudů pozorovaných v rámci projektu S⁵. Barvy jednotlivých bodů odpovídají 3D rychlosti příslušné hvězdy. Kredit: Sergey Koposov, S⁵ Collaboration

Vedoucí týmu Ting Li (李婷), Torontská univerzita. Kredit: University of Toronto

Následující animace zobrazuje vznik slapového proudu, který obíhá kolem simulované galaxie podobné Mléčné dráze po dobu 8 miliard let. Červené částice zobrazují temnou hmotu z kosmologické simulace a zelené částice zobrazují rozcupovávanou kulovou hvězdokupu. Hvězdy v blízkosti původce tvoří charakteristický tvar písmene "S" v důsledku gravitačního vlivu kulové hvězdokupy. Po odtržení se od kulové hvězdokupy postupně vytvářejí dlouhý hvězdný proud přibližně ve směru dráhy původní kulové hvězdokupy.

V reálné situaci tyto hvězdné proudy lze využít k analýze rozložení gravitačně působící hmoty a shlukování její temné složky v Mléčné dráze, stejně jako k rekonstrukci akrečního vývoje Galaxie. Měřítko v horní části znázorňuje délkovou škálu 50 kiloparseků (přibližně 160 000 světelných let). Čas běží od -8 miliard let (a=0,5) do současnosti (a=1). Kredit: Denis Erkal, S⁵ Collaboration

Literatura: University of Toronto News, arXiv.org