Zvětšit obrázek

Galaxie Andromeda (M31) je za ideálních pozorovacích podmínek viditelná i pouhým okem. Společně s Mléčnou dráhou patří do skupiny třiceti lokálních galaxií v nichž astronomové zjišťovali, jak se rodí hvězdy.

Galaxie jsou konglomeráty hvězd, mlhovin, hvězdokup, mezihvězdné hmoty a tmavé hmoty. Vše se otáčí a zároveň drží pohromadě díky gravitační síle. Ve společném středu sídlí černá díra. Ani galaxie ale nejsou v prostoru osamoceny. Ta naše, Mléčná dráha, je členem lokální skupiny asi třiceti galaxií, z níž největší je M31 v Andromedě.

Zvětšit obrázek

Kredit: Jan Pflamm-Altenburg, Argelander-Institut der Universität Bonn

Všech třicet galaxií se nachází v prostoru s průměrem jeden megaparsek, tedy něco přes 3 miliony světelných let. Dohromady jde o nespočet hvězd, které se astronomové snaží počítat od počátků systematických pozorování. Ale i nynější odhady se natolik liší, že připomínají dávný "problém" kolik andělů se vejde na špičku jehly. Počty hvězd v galaxiích se dnes odvozují z hmotností hvězd a celkové hmotnosti samotné galaxie. Základem je předpoklad, že na „normální“ hmotu připadá asi 1/10 hmotnosti galaxie, což v Mléčné dráze představuje asi 100 miliard Sluncí. Naše Galaxie se ale neskládá jen z hvězd slunečního typu, ale také - a to nejčastěji - z trpaslíků nebo naopak obrů a veleobrů. Pokud známe hmotnost Galaxie a rozložení typu hvězd, můžeme zjistit i jejich počet. Přes veškerou snahu o konsensus to zatím vypadá tak, že jedni tvrdí, že hvězd v Mléčné dráze je 200 miliard, druzí si myslí, že jich je dvakrát tolik a někteří hovoří o bilionu! My se v našich úvahách přikloníme k tvrzení z poslední doby, které vychází ze skutečného „počítání“ tedy z pozorování toho, co detekují teleskopy. V celé lokální skupině galaxií, tedy včetně naší Mléčné dráhy, by mělo být jen asi 100 miliard hvězd.

Paradox teorie a praxe
Mnozí astronomové tvrdí, že počet 100 miliard je značně, ale značně podhodnocený. Proč si myslí, že by jich mělo být mnohem více? Mají pro to pádný důvod. Hvězdy se nám nad hlavou rodí nepřetržitě a jejich vznik přístrojům neujde. Proto dnes bezpečně víme, že v Mléčné dráze jich ročně přibude zhruba deset. Od tohoto čísla se odvíjí výpočty nasycenosti prostoru hvězdami. Když se to správně udělá a vezme se v úvahu doba trvání blízkých galaxií, objeví se problém. Nesedí to s tím, co pozorujeme v reálu. Ať se do oblohy díváme kterýmkoliv směrem, hvězd se nedostává všude. Rozpor mezi teoreticky vypočteným množstvím hvězd a tím, kolik jich vidíme, zatím rozumně nikdo nevysvětlil.

Zvětšit obrázek

Porovnání velikosti naší Mléčné dráhy a ultra-kompaktní trpasličí galaxie (UCD). Právě ty jsou vysoce výkonnými hvězdnými porodnicemi.

Až nyní fyzikové z Německa a Skotska. Uvádí to tisková zpráva bonnské university a podrobnosti mají vyjít v Měsíčním zpravodaji Královské astronomické společnosti. Je jistě potěšující, že jedním ze tří autorů je náš Pavel Kroupa. Jejich vysvětlení odvěké záhady zní: „Porodnost nových hvězd jsme prostě přestřelili.

Zvětšit obrázek

Kredit: Jan Pflamm-Altenburg, Argelander-Institut der Universität Bonn

Chyba vznikla ve špatném odhadu zrodu hvězd.“Konkrétně jde o způsob výpočtu „porodnosti“. Dosud se vycházelo z údajů, které jsme odkoukali z blízkých míst v naší Mléčné dráze. Hvězdy tam vznikají z oblaků mezihvězdné hmoty. Na počátku je nehomogenita (zhuštění), která se začne vlivem gravitace smršťovat. Pro vznik hvězd jsou důležité procesy, které mohou způsobit náhlé zhuštění látky, například blízký výbuch supernovy. Rodící se hvězda se smršťuje do stále menšího objemu, v jejím jádře narůstá tlak a teplota. Pokud má objekt dostatečnou hmotnost, dojde k zapálení termonukleárních reakcí a hvězda se dostane do zářivé etapy svého života, kdy se v jejím jádře uvolňuje energie syntézou vodíku na helium. Hvězda se ocitne na hlavní posloupnosti, nastává rovnováha mezi gravitací a tlakem plazmatu ohřívaného jadernou reakcí. Pro nás není problém vznik takového objektu zaznamenat.

Jenže to co funguje za našimi humny, nemusí o něco dál platit. Mnoho galaxií je tak daleko, že i nejlepší dalekohled jejich malé hvězdy snadno přehlédne. Naštěstí se mezi těmito malými nebeskými nováčky občas objevuje něco většího. Ani to ale na velké dálky nemusíme být schopni jako jednotlivou, byť obrovitou hvězdu, odhalit. Ani pak není vše ztraceno, máme k dispozici stopy, které nechávají shluky hvězd. Rodící se hvězdy se nevyskytují samostatně, ale ve hvězdokupách a ty již dokážeme odhalit i ve vzdálenějších galaxiích lokální skupiny.

Zvětšit obrázek

Trpasličí galaxie (vlevo nahoře) a ultra-kompaktní trpasličí galaxie (UCD) - vpravo dole. Fúzování stelárních jader má za následek, že místo mnoha „normálních“ hvězd zde ve větší míře formují hmotní hvězdní obři. Tvoří se třicetkrát častěji. (Kredit: M. Hilker)

Velké hvězdy nevznikají jen kdesi v nedohlednu, jsou realitou i v našem bezprostředním okolí, jen taková událost je jevem relativně vzácným. Ačkoli se rodí zřídka, vznikají se stálou pravidelností. Na 300 malých narozených hvězdiček se rodí jeden pořádný macek. Tento poměr se zdál být tak univerzální, že sloužil k výpočtům množství hvězd i tam, odkud jsme měli informace jen díky pozorovatelným hvězdokupám. I v těch místech vesmíru jsme počet rodících se hvězd podřizovali faktoru 300. Jak se později ukázalo, byl to omyl. 

Zvětšit obrázek

Kredit: Jan Pflamm-Altenburg, Argelander-Institut der Universität Bonn

Kam se hvězdy ztrácejí?
Výzkumnický triumvirát ve složení Carsten Weidner, Pavel Kroupa a Jan Pflamm-Altenburg pojal kacířskou myšlenku, zapochybovat o správnosti poměru 1:300. Vytvořili novou hypotézu, podle níž se ve vzdálených galaktických školkách tvoří větší počet velkých hvězd, než je obvyklé. Má to být na úkor těch malých a vše má mít na svědomí proces shlukování stelárních jader. Pro hvězdy neplatí, že by to byly jedináčci, rodí se ve skupinách, vznikají hvězdokupy. Jde při tom o shluky, které jsou zpočátku co do velikosti vždy stejné, a to bez ohledu zda obsahují 100 hvězd nebo zda jich taková hvězdná školka má 100 000. Nyní se dostáváme k tomu nejdůležitějšímu: Pozorováním se prokázalo, že v některých místech vesmíru, kde je „vysoká porodnost“, se tvoří hvězdokupy obzvlášť husté. Jde o místa, která známe z jiných souvislostí pod pojmem ultra-kompaktní trpasličí galaxie, neboli UCD (ultra-compact dwarf galaxies). Hvězdokupy zde mají hmotnost přesahující milion Sluncí. Je v nich tak těsno, že mnohé z mladých hvězd spolu již ve své nejranější fázi vývoje fúzují. Tím se rodí více velkých hmotných hvězd, než normálně. A to je vlastní příčina chyby v dosud předpokládaném poměru tvorby malých hvězd k těm velkým. Poměr není 1 : 300, ale pouze 1 : 50. Náš odhad počtu hvězd ve vesmíru byl zatížen chybou z míst jejich vzniku. S jistou nadsázkou lze prohlásit, že astronomové se desítky let nechali vodit za nos od pošťuchujících se hvězdných embryí. Poznání řádu, který panuje v nejvýkonnějších hvězdných porodnicích vyřešilo paradox mizejících hvězd. Odhady jejich počtu se začaly krýt s realitou pozorování.
I když by se tak optimistický závěr kazit neměl, je dobré si uvědomit, že počty hvězd jsou spíše šidítkem pro laickou veřejnost. Výzkum tím dostává punc praktičnosti a popularizátoři vědy se na vlně zájmu také rádi svezou. Ve skutečnosti tyto poznatky do řad odborníků velké nadšení nepřinesly. Je pravdou, že kumulací supertěžkých hvězd si teď můžeme vysvětlit „výbušnost“ některých hvězdokup a rychlou změnu jejich klasického tvaru, ale místo nějakého skoku vpřed se všechno dost zkomplikovalo. Vyšlo najevo, jak je vznik hvězd individuální záležitostí a jak je každý kout vesmíru specifický. Měli bychom se proto připravit na další brzké boření mýtů, včetně těch kterých si dnes považujeme. Dobrý je třeba ten o největší možné hmotnosti hvězd...

Pramen: University of Bonn

Profesor Pavel Kroupa (nar. 1963), nyní na astronomické observatoři University Bonn. Rodák z Jindřichova Hradce. Jeho rodina v roce 1968 emigrovala do Západního Německa, později se odstěhovali do Jihoafrické Republiky, pak do Austrálie. Odtud již Pavel sám odešel do Británie (Cambridge) a nyní je opět v Německu, kde po Heidelbergu a Kielu zakotvil v Bonnu.