Aldebaran bulletin

Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze
Číslo 39 (vyšlo 13. prosince, ročník 11 (2013)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Hledej

WISE, bájný Fénix a prachoví psi

Petr Kulhánek

Americký infračervený dalekohled WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) byl vypuštěn na oběžnou dráhu kolem ZeměZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičićovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru. v prosinci 2009. Jeho průměr je 40 cm a pracuje v oblasti vlnových délek 3 až 25 μm. Konkrétní pásma mají středy na vlnových délkách 3,4 μm (W1), 4,6 μm (W2), 12 μm (W3) a 22 μm (W4). Základním cílem tohoto přístroje bylo pořídit rutinní přehlídku oblohy v infračervené oblasti a vytipovat zajímavé objekty pro větší přístroje. V letech 2010 až 2011 WISE udělal dvě kompletní přehlídky oblohy čítající miliony veřejně dostupných snímků. Před našimi zraky se vynořil neviditelný infračervený vesmír a astronomové zažili pocity člověka tápajícího v nočním černém lese po nasazení infračervených brýlí. WISE objevil tisíce planetekPlanetka – nesprávně asteroid, malé těleso o rozměrech maximálně stovek kilometrů na samostatné dráze kolem Slunce. Nejvíce planetek se nachází v tzv. Hlavním pásu mezi drahami Marsu a Jupiteru. Obdobná tělesa jsou i v Kuiperově pásu za drahou Neptunu., spatřil nejchladnější hvězdy ve vesmíru a objevil miliony obřích černých děrČerná díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v závěrečných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují. zahalených do prachových kokónů, které pohlcují světlo akrečního disku a opět ho vydávají v infračervené oblasti. Po splnění mise NASANASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. nepovolila její prodloužení a dne 17. února 2011 byl dalekohled hibernován. Jeho zakonzervování umožnilo případné pozdější probuzení. K tomu nakonec opravdu došlo, a to dne 21. srpna 2013. Dalekohled WISE povstal jako bájný Fénix a začal se opět rozhlížet v, pro nás neviditelném, infračerveném světě.

Dalekohled WISE

Umělecká představa dalekohledu WISE. Zdroj: NASA.

NASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších.

COSMOS – Cosmic Evolution Survey, přehlídka oblohy probíhající od roku 2002, které se účastní vesmírné observatoře od infračerveného po rentgenový obor (Spitzer, Hubble, GALEX, XMM-Newton a Chandra) a mnoho pozemských optických dalekohledů. Podrobně je sledováno čtvercové rovníkové pole o hraně 2°. Bylo detekováno přes dva miliony galaxií v nejrůznějších vývojových stádiích. Jde o největší přehlídku tohoto druhu.

Černá díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v závěrečných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují.

AGN – Active Galactic Nuclei, aktivní jádra galaxií. Tato jádra produkují netepelné pulzní UV a RTG záření, v centru sídlí velmi hmotná černá díra obklopená akrečním diskem (n ~ 1016 cm-3, T ~ 105 K, B ~ 0,2 T). Přepojení silokřivek magnetického pole je doprovázeno ohřevem elektronů až na 109 K a rentgenovým či gama zábleskem. Existuje celá řada galaxií s aktivními jádry, například Seyfertovy galaxie, linery, blazary a kvazary.

Přehlídka oblohy provedená dalekohledem WISE umožňila objevy objektů na všech škálách. Co se týče Sluneční soustavy, tak zde dominují objevy tisíců planetek. Dalekohled WISE například objevil trojanaTrojané – obecný název pro tělesa nacházející se v Lagrangeových bodech L4 a L5 soustavy Slunce-planeta. V těchto bodech tělesa samostatně obíhají Slunce a vyrovnává se zde odstředivá síla vzniklá oběhem s přitažlivými silami planety a Slunce. Lagrangeovy body L4 a L5 se nacházejí na dráze planety kolem Slunce, a to 60° před planetou a 60° za planetou. Lagrangeův bod (L4 nebo L5), planeta a Slunce tvoří rovnostranný trojúhelník. Trojané jsou v rezonančním pohybu 1:1 s oběžným pohybem planety. Tělesa v libračním bodě L4 soustavy Jupiter – Slunce se někdy označují jako „Řekové“ a tělesa v bodě L5 jako „Trojané“. 2010 TK7, který letí kolem SlunceSlunce – nám nejbližší hvězda, tzv. hvězda hlavní posloupnosti, která se nachází ve vzdálenosti 149,6×106 km od Země. Jde o žhavou plazmatickou kouli s průměrem 1,392×106 km, teplotou na povrchu 5 780 K, teplotou v centru přibližně 15×106 K a zářivým výkonem 3,846×1026 W. Zdrojem energie je jaderná syntéza, při které se za každou sekundu sloučí v jádru Slunce 700 milionů tun vodíku na hélium. před ZemíZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičićovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru. – někdy se mu říká „druhý Měsíc“. O tomto zajímavém objektu jsme informovali v AB 26/2013. Na střední úrovní vzdáleností objevil dalekohled WISE extrémně chladné hvězdy balancující na pomezí obří planety a nepovedené hvězdy. Z hlediska vesmíru jako celku jsou ale nejvýznamnější objevy milionů černých děrČerná díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v závěrečných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují. v kosmologických vzdálenostech. Objekty, o kterých jsme si ještě před čtvrt stoletím mysleli, že jsou výjimečné, vyvstávají na snímcích z přístroje WISE jako zrnka máku rozsypaná po celém vesmíru.

Obří černé díry objevené dalekohledem WISE

Dalekohled WISE ukázal, že vesmír je plný černých děr. Nalezl miliony kandidátů na obří černé díry v centrech galaxií. Kroužky na malém výseku oblohy znázorňují tyto kandidáty. Zdroj:  NASA/JPL-Caltech/UCLA.

„Podezřelé“ objekty byly sledovány mnoha dalšími přístroji – v infračerveném oboru Spitzerovým dalekohledemSST (Spitzer Space Telescope) – Spitzerův vesmírný dalekohled. Kosmická observatoř NASA pracující v infračerveném oboru, která byla vynesena na oběžnou dráhu v srpnu 2003 nosnou raketou Delta 7920H ELV. Zrcadlo má průměr 85 cm. Přístroje byly chlazeny kapalným heliem na teplotu 5,5 K do roku 2009. Pozorovací spektrální rozsah byl v období chlazení 3÷180 μm. Od roku 2009 pracuje dalekohled v „teplém“ režimu – teplota celého dalekohledu je cca 30 K a  pracuje jen přístroj IRAS na vlnových délkách 3,6 μm a 4,5 μm. Program observatoře má na starosti California Institute of Technology., ve viditelném oboru Hubbleovým dalekohledemHST (Hubble Space Telescope) – Hubblův vesmírný dalekohled. Největší dalekohled na oběžné dráze kolem Země, kde byl v roce 1990 umístěn do výšky 614 km. Průměr primárního zrcadla je 2,4 m. Z hlediska kosmologie je zajímavý HST Key Project (klíčový projekt HST), který v roce 1999 posloužil k prvnímu přesnému určení Hubbleovy konstanty. V lednu 2004 NASA zrušila servisní mise k tomuto unikátnímu přístroji, nicméně v roce 2006 bylo rozhodnuto o poslední servisní misi, která měla proběhnout v roce 2008. Mise byla kvůli závadě na dalekohledu odložena a uskutečnila se v květnu 2009., z pozemských přístrojů byly do pozorování zahrnuty: Keckovy dalekohledyKeck – Dvojice obřích, pohyblivých segmentovaných dalekohledů. Jsou umístěny na hoře Mauna Kea na Havajských ostrovech v nadmořské výšce 4 123 metrů. Každé zrcadlo je tvořeno 36 šestiúhelníkovými segmenty a má průměr 10 metrů. Keckovy dalekohledy byly uvedeny do provozu v letech 1993 a 1996. na Mauna Kea, GeminiGemini – dvě observatoře se zrcadly o průměru 8,1 m. Na severní polokouli je Gemini-N (Mauna Kea, Havaj, 4 100 m) a na jižní polokouli Gemini-S (Cerro Pachón, Chille, 2 737 m). Oba dalekohledy byly uvedeny do provozu v roce 2000 a využívají, tak jako všechny současné velké dalekohledy, systém adaptivní optiky. v Chille, Haleův pětimetr na Mt. Palomar v USA nebo dalekohled MMT v Arizoně. Nejdůležitější bylo vyhledávání objektů v přehlídce COSMOSCOSMOS – Cosmic Evolution Survey, přehlídka oblohy probíhající od roku 2002, které se účastní vesmírné observatoře od infračerveného po rentgenový obor (Spitzer, Hubble, GALEX, XMM-Newton a Chandra) a mnoho pozemských optických dalekohledů. Podrobně je sledováno čtvercové rovníkové pole o hraně 2°. Bylo detekováno přes dva miliony galaxií v nejrůznějších vývojových stádiích. Jde o největší přehlídku tohoto druhu., která je největším současným projektem monitorujícím na malé části oblohy miliony galaxií v nejrůznějších vývojových stadiích. Nejhmotnější objevené černé díry měly hmotnost přibližně miliardy Sluncí, nejvzdálenější se nacházejí 10 miliard světelných roků daleko. Do těchto obřích černých děr, jež sídlí v centrech galaxií, padá po spirále materiál, který se zahřívá a vytváří kolem nich horký svítící plazmatický disk (tzv. akreční disk). U mnoha pozorovaných objektů je kolem akrečního disku hustý prachový obal. Celá černá díra je tak zahalena do prachového obalu, který znemožňuje pozorování v optickém oboru. Prachový obal pohltí záření akrečního disku a vyzáří ho v infračerveném oboru. A právě zde je jedinečná role přístroje WISE, který umožňuje mapovat miliony takových objektů. Jen některé z nich jsou poté zkoumány podrobněji dalšími přístroji. Z analýzy těchto detailních pozorování se ukázalo, že u některých vzdálených galaxií se nachází obří černá díra už v období před formováním hvězd. Je tedy možné, že jsme konečně na stopě mnohaleté hádance: Existovala nejprve černá díraČerná díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v závěrečných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují., kolem níž vznikla galaxieGalaxie – kompaktní seskupení hvězd, hvězdných asociací, otevřených a kulových hvězdokup, mezihvězdné látky a temné hmoty. Galaxie se liší svou strukturou (spirální, eliptické, nepravidelné,…), vyzařovaným výkonem (neaktivní, aktivní, rádiové, Seyfertovy,…) a zejména svojí hmotností. Hmotnost je udávána v miliardách až stovkách miliard hmotností Slunce. Galaxie jsou obvykle součástmi vyšších celků, jako jsou kupy, nadkupy, vlákna a stěny., nebo byla nejprve galaxie a v jejím nitru postupně vznikala černá díra? Problém slepice a vejce v této nové podobě možná bude mít brzké řešení. Prachem zahalené černé díry se označují zkratkou DOG (Dust Obscured Galaxy), která znamená pes, jde tedy doslova o „prachové psy“.

Další překvapení přinesl na počátku prosince 2013 objekt s označením WISE J233237.05-505643.5. Při podrobnější prohlídce dalekohledem Gemini v Chille a australskou kompaktní sítí dalekohledů ATCA se ukázalo, že výtrysk z obří černé díry je podivně zprohýbán a objekt má podvojný charakter. Zdá se, že jde o dvojici těsně obíhajících černých děr, které se vzájemně ovlivňují, ztrácejí energii vyzařováním gravitačních vln a v astronomicky blízké době mohou splynout.

Čtyři kandidáti na černé veledíry objevené přístrojem WISE

Čtveřice kandidátů na obří černé díry zahalené v jádrech galaxií do prachového obalu byly vyfotografovány kamerou ACS na Hubbleově dalekohledu v rámci přehlídky COSMOS. Šířka zobrazeného pole je 4″. Zdroj: COSMOS/HST.

Probuzení dalekohledu WISE z hibernovaného stavu se nepochybně vyplatilo a oživený přístroj začal chrlit jeden výsledek za druhým. Místo závěru si prohlédněte zajímavý snímek z 12. prosince 2013. Je na něm dobře známá mlhovina Helix nacházející se kolem umírající hvězdy. Žluté čárky zdánlivě narušující snímek nejsou žádnými škrábanci či kazy, ale jde o stopy planetek z naší Sluneční soustavy, které přecházejí mezi námi a mlhovinou.

Planetky přecházející mezi námi a mlhovinou Helix

Žluté přerušované čárky jsou palnetky z naší Sluneční soustavy, které přecházejí
přes mlhovinu Helix. Zdroj: NASA/JPL-Caltech/WISE.

Odkazy

Valid HTML 5 Valid CSS!

Aldebaran Homepage