Zhruba před 13,8 miliardami let se náš vesmír zrodil při masivní explozi, která dala vzniknout prvním subatomárním částicím a fyzikálním zákonům, jak je známe. Asi o 370 000 let později se vytvořil vodík, stavební kámen hvězd, které ve svém nitru spojují vodík a helium a vytvářejí všechny těžší prvky. Zatímco vodík zůstává nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru, může být obtížné detekovat jednotlivá mračna plynného vodíku v mezihvězdném médiu (ISM).
To ztěžuje výzkum raných fází vzniku hvězd, které by nabízely vodítka o vývoji galaxií a vesmíru. Mezinárodní tým vedený astronomy z Max Planck Institute of Astronomy (MPIA) nedávno zaznamenala masivní vlákno atomárního vodíku v naší galaxii. Tato struktura, pojmenovaná „Maggie“, se nachází asi 55 000 světelných let daleko (na druhé straně mléčná dráha) a je jednou z nejdelších struktur, jaké kdy byly v naší galaxii pozorovány.
Studie, která popisuje jejich zjištění, která se nedávno objevila v časopise Astronomie a astrofyzika, vedl Jonas Syed, Ph.D. student na MPIA. Připojili se k němu badatelé z Vídeňské univerzity, tzv Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Institut Maxe Plancka pro radioastronomii (MPIFR), University of Calgary, Universität Heidelberg, the Centrum pro astrofyziku a planetární vědu, Argelanderův institut pro astronomii, Indický institut vědy a NASAJet Propulsion Laboratory (JPL).
Výzkum je založen na datech získaných HI/OH/Rekombinační liniový průzkum Mléčné dráhy (THOR), pozorovací program, který se opírá o Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) v Novém Mexiku. Pomocí radiových talířů VLA s centimetrovou vlnou tento projekt studuje tvorbu molekulárních mraků, přeměnu atomárního na molekulární vodík, magnetické pole galaxie a další otázky související s ISM a tvorbou hvězd.
Konečným účelem je určit, jak se dva nejběžnější izotopy vodíku sbíhají a vytvářejí hustá oblaka, která stoupají k novým hvězdám. Izotopy zahrnují atomový vodík (H), složený z jednoho protonu, jednoho elektronu a žádné neutrony, a molekulární vodík (H2) se skládá ze dvou atomů vodíku držených pohromadě kovalentní vazbou. Pouze ten druhý kondenzuje do relativně kompaktních mračen, ze kterých se vyvinou mrazivé oblasti, kde se nakonec objeví nové hvězdy.
Tento obrázek ukazuje část bočního pohledu na Mléčnou dráhu měřenou satelitem ESA Gaia. Tmavý pás se skládá z plynu a prachu, které tlumí světlo z vložených hvězd. Galaktický střed Mléčné dráhy je vyznačen na obrázku vpravo a jasně září pod tmavou zónou. Políčko nalevo od středu označuje umístění vlákna „Maggie“. Ukazuje rozložení atomárního vodíku. Barvy označují různé rychlosti plynu. Kredit: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO & T. Müller/J. Syed/MPIA
Proces, jak atomový vodík přechází na molekulární vodík, je stále do značné míry neznámý, což z tohoto mimořádně dlouhého vlákna učinilo obzvláště vzrušující objev. Zatímco největší známá mračna molekulárního plynu obvykle měří kolem 800 světelných let na délku, Maggie měří 3900 světelných let na délku a 130 světelných let na šířku. Jak Syed vysvětlil v nedávném MPIA tisková zpráva:
“Umístění tohoto vlákna přispělo k tomuto úspěchu. Zatím přesně nevíme, jak se tam dostal. Ale vlákno sahá asi 1600 světelných let pod rovinu Mléčné dráhy. Pozorování nám také umožnila určit rychlost plynného vodíku. To nám umožnilo ukázat, že rychlosti podél vlákna se téměř neliší.“
Analýza týmu ukázala, že hmota ve vláknu měla střední rychlost 54 km/s-1, kterou určili především měřením proti rotaci disku Mléčné dráhy. To znamenalo, že záření o vlnové délce 21 cm (aka.vodíková linka“) byl viditelný na kosmickém pozadí, díky čemuž byla struktura rozeznatelná. „Pozorování nám také umožnila určit rychlost plynného vodíku,“ řekl Henrik Beuther, vedoucí THOR a spoluautor studie. „To nám umožnilo ukázat, že rychlosti podél vlákna se téměř neliší.“
Tento snímek ve falešných barvách ukazuje distribuci atomárního vodíku měřenou při vlnové délce 21 cm. Červená přerušovaná čára sleduje vlákno „Maggie“. Kredit: J. Syed/MPIA
Z toho vědci zjistili, že Maggie je koherentní struktura. Tato zjištění potvrdila pozorování, která před rokem provedl Juan D. Soler, astrofyzik z Vídeňské univerzity a spoluautor článku. Když vlákno pozoroval, pojmenoval ho po nejdelší řece v jeho rodné Kolumbii: Río Magdalena (anglicky: Margaret nebo „Maggie“). Zatímco Maggie byla rozpoznatelná v Solerově dřívějším hodnocení dat THOR, pouze současná studie nade vší pochybnost dokazuje, že jde o koherentní strukturu.
Na základě dříve publikovaných údajů tým také odhadl, že Maggie obsahuje 8 % molekulárního vodíku podle hmotnostního zlomku. Při bližším zkoumání si tým všiml, že plyn se sbíhá v různých bodech podél vlákna, což je vedlo k závěru, že plynný vodík se v těchto místech hromadí do velkých mraků. Dále spekulují, že atomový plyn bude v těchto prostředích postupně kondenzovat do molekulární formy.
„Mnoho otázek však zůstává nezodpovězeno,“ dodal Syed. „Dodatečná data, která nám, jak doufáme, poskytnou více vodítek o frakci molekulárního plynu, již čekají na analýzu.“ Naštěstí se brzy zprovozní několik vesmírných a pozemních observatoří, teleskopů, které budou v budoucnu vybaveny ke studiu těchto vláken. Mezi ně patří Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) a rádiové průzkumy jako např Pole čtverečních kilometrů (SKA), která nám umožní prohlédnout si nejranější období vesmíru („Kosmický úsvit“) a první hvězdy v našem vesmíru.
Původně odesláno dne Vesmír dnes.
Více o tomto výzkumu viz Masivní struktura vlákna – 3900 světelných let dlouhá – objevená v Mléčné dráze.
Odkaz: Vlákno „Maggie“: Fyzikální vlastnosti obřího atomového mraku“ od J. Syeda, J. D. Solera, H. Beuthera, Y. Wanga, S. Suriho, J. D. Henshawa, M. Rienera, S. Bialyho, S. Rezaei Kh., JM Stil, PF Goldsmith, MR Rugel, SCO Glover, RS Klessen, J. Kerp, JS Urquhart, J. Ott, N. Roy, N. Schneider, RJ Smith, SN Longmore a H. Linz, 20. prosince 2021, Astronomie a astrofyzika.
DOI: 10.1051/0004-6361/202141265
Přátelský webový obhájce. Odborník na popkulturu. Bacon ninja. Tvrdý twitterový učenec.
