Nahoře: Snímek vzdáleného objektu pozorovaného HST. Znázorňuje emisi v ultrafialové části spektra. Uprostřed: Také UV snímek místní galaxie IC 5249 – ploché galaxie bez výdutě pozorované z boku. Podobnost jsou obou horních objektů je zjevná. Dole: Stejná galaxie IC 5249 pozorovaná ve viditelné části spektra. Prostorová měřítka všech tří obrazů jsou identická. Kredit: HST/ Instituto de Astrofísica de Canarias

V únoru letošního roku se v databázi preprintových verzí článků objevila zajímavá práce americko-kanadsko-australského týmu astronomů a astrofyziků z několika světoznámých institucí a univerzit – americké Yaleovy, Princentonské, Kalifornské, kanadské Torontské, či australské Technické univerzity v Melbourne. Studii s názvem „Kandidát na uprchlou supermasivní černou díru identifikovaný podle rázových vln a vznikajících hvězd v její stopě“ pak v dubnu uveřejnil i americký časopis The Astrophysical Journal Letters a Osel o ní také referoval (zde).

Srovnání vzdáleného hvězdného pásu (object) s místní plochou galaxií IC5249 pozorovanou zboku: obrázky (a, b); profil absolutní jasnosti (c, d je v UV spektru); rotační křivky (e). Nový objekt a galaxie IC5249 jsou si ve fyzikálních parametrech velmi podobné. Kredit: Almeida, J.S. et al., Astronomy & Astrophysics 2023

Tým pod vedením Pietra van Dokkuma z Yaleovy univerzity v studii předložil vysvětlení zvláštního zářícího pásu šťastnou náhodou zaznamenaného na snímcích sofistikované kamery ACS (Advanced Camera for Surveys) na palubě Hubbleova kosmického dalekohledu. Světelnou „stuhu“ táhnouci se od trpasličí galaxie RCP 28 vzdálené asi 7,5 miliardy světelných let od Země pak astronomové podrobili detailnějšímu průzkumu pomocí Keckova dalekohledu. Došli k závěru, že ji tvoří podélné seskupení mladých hvězd a mezihvězdné pracho-plynné hmoty o celkové hvězdné hmotnosti 2,8 miliard Sluncí, jež se v pruhu širokém asi 6,5 tisíce světelných let táhne do délky přibližně 130 000 světelných let, tedy o třetinu dál, než je průměr celé naší Mléčné dráhy. Supermasivní černá díra o hmotnosti 20 tisíc Sluncí, která měla sídlit v centru blízké galaxie RCP 28, byla prý v gigantické srážce pravděpodobně tří těles vykopnuta ze svého centrálního postu a profrčela gigantickým pracho-plynným oblakem rychlostí 1 600 km za sekundu. Způsobila tím rázové vlny, které v okolním mezigalaktickém materiálu vytvořily oblasti s vyšší hustotou, v nichž se zrodily nové hvězdy. Podél dráhy černého monstra tak vznikl zářivý hvězdný pás, jehož obraz jsme zachytili 39 milionů let po předpokládané srážce. Hezký příběh, není-liž pravda? Objevem povzbuzeni astronomové vyjádřili přesvědčení, že jejich pozorování poskytují první prokazatelný důkaz supermasivní černé díry vyvržené z centra galaxie do mezihvězdného prostoru.

Na Kanárských ostrovech, na ostrove La Palma byl ve výšce 2400 m.n.m. postaven jeden z největších zrcadlových teleskopů na světě Gran Telescopio Canarias (GTC). Je součástí rozsáhlejší observatoře Roque de los Muchachos. Kredit: Instituto de Astrofísica de Canarias

Toto jejich nadšení se nyní snaží zchladit trojice španělských astrofyziků pracujících na záviděníhodném místě – na ostrově Tenerife, kde se u města San Cristóbal de La Laguna nachází nejen univerzita Universidad de La Laguna s katedrou astrofyziky, ale také specializovaný astrofyzikální ústav Instituto de Astrofísica de Canarias.

Tres señores científicos zpochybnili odvážnou teorii Američanů dopisem redakci časopisu Astronomy & Astrophysics Letters, zveřejněném také v databázi arXiv (zde). Nejde o dopis v pravém smyslu slova, ale odborný článek, v němž autoři dokládají, že podle nich ten zvláštní vzdálený hvězdný pás není stopou po překotně se řítící supermasivní černé díře, ale jen vzdálená galaxie velmi plochého tvaru bez výdutě, kterou ze Země pozorujeme zboku.

Snahu astrofyziků z Kanárských ostrovů najít jiné vysvětlení vyvolala přílišná exotičnost hypotézy o supermasivní černé díře, která si v diskutabilní „tříčlenné“ srážce nechá uštědřit bodyček, jenž ji vymrští pro nás nepředstavitelnou rychlostí. Tento dramatický scénář vyžaduje poměrně nepravděpodobnou souhru dalších výjimečných okolností, a to je pro kriticky myslící vědce podnětem k hledání jednodušší teorie pro vysvětlení objeveného podlouhlého vesmírného útvaru.

Vztah mezi rychlostí rotace galaxie a její hvězdnou hmotností (šedé tečky). Jedná se o tzv. Tullyho - Fisherův vztah, který charakterizuje galaxie a představuje základ pro měření vzdáleností galaxií z jejich pozorovaných rychlostí rotace a zdánlivé svítivosti. Novo objevený hvězdný pás („object“) přesně odpovídá tomuto vztahu, což je typické pro diskové galaxie. Kredit: Almeida, J.S. et al., Astronomy & Astrophysics 2023

Španělé pro podporu své interpretace využili analogická pozorování jiných plochých galaxií bez výdutě, které při pohledu podél relativně tenkého disku se také jeví jako zářivý pruh, ne nepodobný tomu nově objevenému. Pro podrobnější srovnání si v oblasti blízkého vesmíru vybrali galaxii IC 5249 vzdálenou něco přes 30 megaparseků, tedy téměř 100 milionů světelných let. Šťastnou shodou okolností hledíme na ní zboku, tedy pod úhlem 90° vzhledem k její rotační ose. Přesto, že záhadná hvězdná šmouha u galaxie RPC 28 je 75krát dál, než je galaxie IC5249, vědcům se podařilo zjistit a porovnat několik důležitých fyzikálních charakteristik. Shody byly překvapivé. Jednak křivka změřených rychlostí detekovaných hvězd v závislosti od jejich polohy ve hvězdném pásu odpovídá typické rotační křivce galaxie se stejnou hvězdnou hmotností. V tomto poměru se srovnávané objekty podobají – pro hvězdný pás byla odhadnutá hmotnost na 2,8 miliard Sluncí a maximální rotační rychlost na 110 km za sekundu, zatímco pro galaxii IC 5249 byla hvězdná hmotnost stanovena na 1,9 miliard Sluncí a maximální rotační rychlost na 106 km za sekundu. Oba objekty jsou si podobné nejen rotační křivkou, hvězdnou hmotností, rozměry, ale i profilem pozorované povrchové jasnosti. IC 5249 se tedy jeví jako vývojově starší, o něco menší a vzdáleností podstatně bližší dvojče tajemné hvězdné šmouhy.

Španělští vědci také diskutují mírné odchylky od lineárního tvaru vzdáleného objektu, které jsou patrné na prvním obrázku v začátku textu. Vysvětlují je možnými deformacemi disku, nebo jako důsledky procesů při tvorbě hvězd, které lokálně ovlivňují pozorovaný obraz v spektrální oblasti ultrafialového záření. Dále pak poukazují na to, že kdyby hvězdy vznikaly postupně, jak předpokládaná supermasivní černá díra prolétala gigantickým plynoprachovým oblakem, muselo by se to odrážet i v posloupnosti věku hvězd od nejstarších vlevo k těm mladším vpravo.

V závěru odborné polemiky autoři své argumenty zjednodušeně shrnují: „Stručně řečeno, v tomto dopise (redakci) předkládáme řadu pádných argumentů podporujících scénář, podle kterého by objekt objevený týmem Pietra van Dokkuma mohl být zboku pozorovanou plochou galaxií bez výdutě. Pokud by tomu tak bylo, nejednalo by se o zcela běžnou galaxii, protože by byla bez výdutě a obzvláště dlouhá vzhledem ke své hvězdné hmotnosti a červenému posuvu. Přesto by nebyla nijak neobvyklá, protože takových galaxií (často nazývaných tenké nebo ploché galaxie) známe již tisíce. Jednu z nich, IC 5249, jsme zde použili, abychom zdůraznili blízkou podobnost (diskutovaného) objektu s těmito galaxiemi.“

Literatura

arXiv, Instituto de Astrofísica de Canarias

arXiv (původní článek, na který španělští astrofyzikové reagují)