Zvětšit obrázek

Nové výsledky byly získány spektrografem GIRAFFE na VLT a ukazují, že kolize a vzájemné slučování je důležité při vznikuí a vývoji galaxií. Credit: European Southern Observatory (ESO)

Pokud se to potvrdí, tak to bude znamenat, že existuje mnohem těsnější vzájemné působení mezi temnou a normální hmotou, než se dosud myslelo. Vědci také zjistili, že až 4 z 10 galaxií se nenachází v rovnovážném stavu. Tyto výsledky vrhají nové světlo na dobu od poloviny věku vesmíru, kdy vznikaly a vyvíjely se galaxie.

Zvětšit obrázek

Temná hmota a hmotnost hvězd ve vzdálených galaxiích. Credit: ESO.
Vztah mezi celkovou hmotností vzdálené galaxie (včetně temné hmoty) a hmoty obsažené v hvězdách. Červené trojúhelníky, zelené čtverce a modré tečky reprezentují komplexní pohyby těles a rozptyl je způsoben kolizemi galaxií.

"Může to znamenat, že pro formování a vývoj galaxií jsou kolize a slučování důležité", řekl François Hammer z pařížské observatoře (L"Observatoire de Paris -Meudon, France) a jeden z vedoucích pracovníků týmu.

Vzdálené galaxie, které nyní pozorujeme, vypadají jako v době, když byl vesmír mladší. Vědci se proto snaží zjistit, jestli se tyto vzdálené galaxie vyvíjely stejně jako ty bližší. Zejména chtějí studovat význam temné hmoty v galaxiích.

"Temná hmota, která tvoří okolo 25% vesmíru, je příliš jednoduché slovo k popsání něčeho, čemu vlastně nerozumíme," řekl Hektor Flores, spoluvedoucí. "Z pozorování, jak galaxie rotují, víme, že temná hmota musí být přítomna, jinak by se tyto obrovské struktury určitě rozpadly."

Zvětšit obrázek

Mapa vzdálených galaxií. Credit: FLAMES-GIRAFFE/VLT (ESO) Tři příklady výsledků získaných GIRAFFE ve vzdálených galaxiích.
V prvním sloupci jsou snímky pořízené HST (Hubble Space Telescope).
V druhém sloupci je rychlostní pole získané na základě pozorování GIRAFFE: načervenalé části ukazují hmotu, která se od nás vzdaluje (vzhledem ke střední rychlosti galaxie), zatímco modré části se pohybují směrem k nám. Stupnice v km/s je vpravo.
V posledním sloupci je mapa elektronové hustoty na krychlový centimetr.
První objekt odpovídá spirálové galaxii, v níž se tvoří hvězdy šílenou rychlosti (100 hmotností Slunce za rok). Elektronová hustotní mapa dovoluje astronomům lokalizovat oblast, kde vznikají hvězdy (černá oblast nalevo).
Druhým objektem je galaxie, která je zjevně "z rovnováhy" a proto vykazuje velmi rozrušené rychlostní pole.
Třetí objekt vykazuje proudění - hmota je vyvrhovaná kolmo ke směru pohybu galaxie.

V sousedních galaxiích a v naší Mléčné dráze astronomové zjistili, že existuje vztah mezi množstvím temné hmoty a běžných hvězd: na každý kilogram hvězd připadá přibližně 30 kg temné hmoty. Je ale tento vztah mezi temnou a běžnou hmotou ten, který držel vesmír i v minulostí?

Toto, tak potřebné měření rychlosti v různém částech vzdálených galaxií, je poněkud záludný experiment: předchozí měření nebyla ve skutečnosti schopná prozkoumat tyto galaxie v dostačujících detailech, museli vybírat jednotlivé řezy, tzn. jediný směr napříč galaxií.

Zvětšit obrázek

Multiobjektový spektrograf FLAMES pro střední a vysoké rozlišení, umístěný na VLT (zorné pole v průměru až 25 arcmin). Pro pokrytí celého spektrální rozsahu jeho součástí jsou 2 různé spektrografy: GIRAFFE a UVES. Credit: ESO

Všechno se změnilo při používání multiobjektového spektrografu GIRAFFE (Grating Instrument for Radiation Analysis with Fibre Fed Echelle), který je instalovaný na 8,2m dalekohledu Kueyen VLT (Very Large Telescope) na observatoři ESO  v Paranal (Chile).

V jednom režimu (mode) označovaném jako "3-D spektroskopie" nebo "integrální pole" ("integral field"), může tento přístroj získávat současně spektra menších oblastí z rozsáhlých objektů jako jsou galaxie nebo mlhoviny. K přesnému měření vzdálených galaxií se používá 15-ti svazkové optické vlákno, tzv. základní jednotka pole (IFU - Integral Field Units).
Každá IFU je mikroskopická, nejmodernější dvojrozměrná sada čoček se štěrbinou pro rozměry hvězdného pole  3 x 2 arcsec2. Je to jako hmyzí oko s dvaceti mikročočkami a optickými vlákny, které vedou světlo ze všech bodů hvězdného pole na štěrbinu spektrografu.

Zvětšit obrázek

Very Large Telescope (VLT) patří Evropské jižní observatoři (ESO) v Paranal (Atacama, Chile). Zahrnuje 4 zrcadlové dalekohledy o průměru 8,2 m (ANTU, KUEYEN , MELIPAL a YEPUN). Každý dalekohled (Unit Telescopes) poskytuje pro příslušenství jedno ohnisko typu Cassegrain a dvě typu Nasmyth. Credit: ESO

"GIRAFFE na VLT je jediný přístroj na světě, který může analyzovat současně světlo přicházející z 15 galaxií a to v zorném poli skoro tak velkém jako úplněk Měsíce, " řekl Mathieu Puech. "Všechny galaxie pozorované v tomto režimu jsou rozděleny na menší oblasti a jejich spektra jsou získávána současně."

Astronomové použili GIRAFFE ke změření prostorové rychlosti u několika desítek vzdálených galaxií, což vedlo k překvapujícímu objevu, že až 40% vzdálený galaxií bylo "mimo rovnováhu" - jejich vnitřní pohyby byly velmi narušené – možná to jsou ještě následky srážek mezi galaxiemi.

Zvětšit obrázek

Spektrograf GIRAFFE. Credit: ESO

Pokud se omezili pouze na galaxie, které patrně již dosáhly rovnováhy, vědci zjistili, že vztah mezi temnou hmotou a hvězdným obsahem se nezměnil během posledních 6 miliard let.

Vynikající spektrální rozlišení GIRAFFE také dovoluje poprvé studovat distribuci plynu jako funkci jeho hustoty v tak vzdálených galaxiích. Nejsenzačnějším výsledkem je proudění plynu a energie možná řízené intenzivním formováním hvězd uvnitř galaxie a obří oblastí velmi horkého plynu (HII oblast) v galaxii v rovnováze, která produkuje mnoho hvězd.

"Tato technika se může používat i pro zmapování mnoha fyzikálních a chemických charakteristik vzdálených galaxií, které nám umožní podrobně studovat, jak během celého svého života shromažďovaly hmotu," řekl François Hammer. "V mnoha ohledech nám GIRAFFE a jeho režim multiintegrálního pole dává poprvé ochutnat z toho, čeho budou v budoucnosti dosahovat neobyčejně velké dalekohledy."

Zdroj:

ScienceDaily

ESO