Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 5 – vyšlo 7. listopadu, ročník 23 (2025) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

5/2025

James Webb a hvězdné porodnice

Petr Kulhánek

Dalekohled Jamese WebbaJWST – James Webb Space Telescope, vesmírný dalekohled Jamese Webba, následovník Hubblova dalekohledu připravený třemi kosmickými agenturami: americkou NASA, evropskou ESA a kanadskou CSA. Dalekohled vynesla do vesmíru evropská nosná raketa Ariane na konci roku 2021. Je umístěn v Lagrangeově bodě L2 soustavy Země-Slunce. Průměr segmentovaného zrcadla je 6,5 m. Dalekohled je pojmenován po řediteli NASA, který Ameriku úspěšně dovedl k přistání na Měsíci. Dalekohled Jamese Webba je určený primárně pro pozorování v infračerveném oboru. startoval 25. prosince 2021. Za necelé čtyři roky dokázal nadchnout jak úchvatnými snímky z hlubin vesmíru, tak novými objevy. Jeho velkou výhodou je pozorování v infračerveném oboruInfračervené záření – elektromagnetické záření s delší vlnovou délkou, než má viditelné světlo, v rozsahu od 0,75 μm do 400 μm. Infračervené záření objevil v roce 1800 William Herschel při rozkladu slunečního světla hranolem. Zjistil, že za červenou barvou existuje další záření, které zahřeje teploměr. IR záření využíváme v infrazářičích, v infralampách, při infraterapii, v dálkových ovladačích, v termovizi, v čidlech na zloděje, v dálkových teploměrech a při dálkovém průzkumu Země. V astronomii se využívá IR záření k výzkumu meziplanetární hmoty, planetárních atmosfér, plynu a prachu v galaxiích, hnědých trpaslíků, červených veleobrů, exoplanet, protoplanetárních disků a mlhovin. IR záření prochází zemskou atmosférou jen částečně, v tzv. oknech.. Světlo velmi vzdálených objektů je na dlouhé pouti v expandujícím vesmíru protaženo k delším vlnovým délkám, a proto je dalekohled mimořádně vhodný pro pozorování objektů formujících se v počátečním období po velkém třesku. Infračervené záření je neméně vhodné pro fotografování mlhovin, protože snadno prochází prachem a umožňuje sledovat objekty, které jsou ve viditelném světle zakryté hustými oblastmi prachu. Jeden z úspěšných směrů výzkumu dalekohledu Jamese Webba je proto zaměřen na sledování rozsáhlých mlhovin, v nichž se rodí hvězdy a planety. V dnešním bulletinu se podíváme na několik zajímavých snímků těchto hvězdných porodnic.

Velká mlhovina v Orionu, jedna z nejznámějších hvězdných porodnic, která je za dobrých podmínek viditelná pod pásem Orionu i pouhým okem. Snímek pořídil JWST v blízkém infračerveném oboru. Zdroj: JWST/NASA/ESA.

JWST – James Webb Space Telescope, vesmírný dalekohled Jamese Webba, následovník Hubblova dalekohledu připravený třemi kosmickými agenturami: americkou NASA, evropskou ESA a kanadskou CSA. Dalekohled vynesla do vesmíru evropská nosná raketa Ariane na konci roku 2021. Je umístěn v Lagrangeově bodě L2 soustavy Země-Slunce. Průměr segmentovaného zrcadla je 6,5 m. Dalekohled je pojmenován po řediteli NASA, který Ameriku úspěšně dovedl k přistání na Měsíci. Dalekohled Jamese Webba je určený primárně pro pozorování v infračerveném oboru. Infračervené záření – elektromagnetické záření s delší vlnovou délkou, než má viditelné světlo, v rozsahu od 0,75 μm do 400 μm. Infračervené záření objevil v roce 1800 William Herschel při rozkladu slunečního světla hranolem. Zjistil, že za červenou barvou existuje další záření, které zahřeje teploměr. IR záření využíváme v infrazářičích, v infralampách, při infraterapii, v dálkových ovladačích, v termovizi, v čidlech na zloděje, v dálkových teploměrech a při dálkovém průzkumu Země. V astronomii se využívá IR záření k výzkumu meziplanetární hmoty, planetárních atmosfér, plynu a prachu v galaxiích, hnědých trpaslíků, červených veleobrů, exoplanet, protoplanetárních disků a mlhovin. IR záření prochází zemskou atmosférou jen částečně, v tzv. oknech.

Hvězdné porodnice

Hvězdy s planetami vznikají v rozsáhlých mlhovinách. Počátečním impulzem k tvorbě hvězd může být exploze blízké supernovySupernova – rozmetání podstatné části hvězdy, při kterém vznikne extrémně jasný objekt, jehož svítívost se o více než 4 řády zvýší. Minimálně 10 % hmotnosti původní hvězdy se přemění na energii exploze. Svítivost posléze klesá v průběhu týdnů či měsíců. K tomuto konci vedou dvě možné cesty: 1) jedná se o velmi hmotnou hvězdu, která ve svém jádře vyčerpala zásoby paliva a začala se hroutit pod silou své vlastní gravitace na neutronovou hvězdu, nebo černou díru; 2) jedná se o bílého trpaslíka, který nahromadil materiál od svého hvězdného průvodce, dosáhl Chandrasekharovy meze a prodělal objemovou termonukleární explozi., průchod mlhoviny spirálním ramenem galaxie, srážka dvou galaxií doprovázená prolínáním mlhovin či nestability způsobené přítomností magnetického pole. Z počátečního chuchvalce látky nejprve vzniká globule hroutící se volným pádem, po vyrovnání tlakových sil se hroucení zastaví a kulovitý útvar se stává protohvězdou. V okolí protohvězdy rotuje velké množství látky (tzv. protoplanetární disk), z něhož v tomto období vznikají planety. Protohvězda se v dalším údobí smršťuje velmi pomalu, v jejím nitru roste tlak a teplota. V určité fázi kontrakce dojde v centrální oblasti k zažehnutí termojaderné syntézyTermojaderná fúze – jaderná syntéza, při které se slučují lehčí prvky na prvky těžší a uvolňuje se energie. Jaderná fúze může probíhat tehdy, když jádra překonají odpudivé coulombovské síly a přiblíží se na dosah jaderných sil. K tomu je zapotřebí velkých tlaků a teplot. Přirozeným způsobem probíhá fúze v nitru hvězd. K praktickému využití na Zemi přicházejí v úvahu dvě reakce: slučování deuteria na helium nebo tritium a slučování tritia a deuteria na helium. a protohvězda se stává hvězdou hlavní posloupnostiHlavní posloupnost – skupina hvězd táhnoucí se diagonálně v HR diagramu. Hvězdy hlavní posloupnosti svítí energií vzniklou fúzí vodíku, mezi tyto hvězdy patří i Slunce. Nejvíce jsou zastoupeny chladné, málo svítivé hvězdy. Jde o první stádium hvězdného vývoje..

O souvislosti tvorby hvězd a okolních mlhovin poprvé detailně uvažoval v šedesátých letech 20. století sovětský astronom Viktor Amazaspovič Ambarcumjan na Bjurakanské observatoři (dnešní Arménie) při pozorování Velké mlhoviny v Orionu. Je od nás vzdálená 1 400 světelných roků a probíhá v ní překotná tvorba hvězd. Některé z nich se už staly plnohodnotnými hvězdami. Detailní snímek této hvězdné porodnice pořízený dalekohledem Jamese Webba si můžete prohlédnout na úvodním obrázku.

Carina

Ve vzdálenosti přibližně 8 000 světelných roků od nás se v souhvězdí Lodního kýlu na jižní obloze nachází rozsáhlý komplex mlhovin Carina, v nichž se hojně rodí nové hvězdy. Dalekohled Jamese Webba pořídil hned následující rok po vypuštění, tj. v roce 2022, detailní snímek okraje této oblasti (jde o mlhovinu s katalogovým číslem NGC 3324). Nově vzniklé hvězdy září intenzivně v ultrafialovém oboruUltrafialové záření – elektromagnetické záření s kratší vlnovou délkou, než má viditelné světlo, v rozsahu od 1 nm do 400 nm. Ultrafialové záření objevil v roce 1801 Johann Wilhelm Ritter. Značí se UV z anglického UltraViolet, rozděluje se na extrémní XUV (EUV) (1÷31 nm), daleké VUV (FUV) (10÷200 nm), hluboké DUV (pod 300 nm), krátkovlnné (pod 280 nm), středněvlnné UVB (280÷320 nm), dlouhovlnné UVA (320÷400 nm) a blízké NUV (200÷400 nm)., a tím erodují a odfukují hrubší materiál mlhoviny. Vznikají ostré hrany ne nepodobné liniím, které se objevují v pouštním písku, když se nad ním prohání vítr. V případě hvězd se tomuto jevu říká „ultrafialová fotoevaporace“. V ostrých hranách mezi dvěma oblastmi s různým zastoupením plynu a prachu jsou dobře patrné útvary připomínající dětské prstíky. Jejich velikost je kolem pěti světelných rokůSvětelný rok – ly (light year), vzdálenost, kterou světlo ve vakuu urazí za jeden rok, ly = 9,46×10¹² km. Menšími jednotkami jsou: světelný den, světelná hodina, světelná minuta a světelná sekunda. Větší jednotkou je 1000 ly, což označujeme zkratkou kly. Tyto jednotky se velmi často používají v populárních textech. V odborných textech se spíše využívají parseky. a právě tyto prstíky jsou ve skutečnosti nově vznikající hvězdy. Přístroj MIRI pro střední infračervený obor vyfotografoval stovky rodících se hvězd, které by nám ve vizuálním oboru zůstaly skryté.

Na snímku je část okraje rozsáhlé hvězdné porodnice ze souhvězdí Lodního kýlu.
Katalogové číslo této části mlhoviny je NGC 3324. Zdroj: JWST/NASA/ESA.

Sloupy stvoření

V souhvězdí Hada se ve vzdálenosti zhruba 6 000 světelných roků nachází další známá hvězdná porodnice, tzv. Orlí mlhovina. V Messierově katalogu má tato oblast označení M16, jde o otevřenou hvězdokupu a jí obklopující mlhovinu. V roce 1995 vyfotografoval Hubblův dalekohledHST (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. malou část, v níž ostré hrany vzniklé ultrafialovou fotoevaporací vytvořily přízračné sloupy, kterým se začalo říkat Sloupy stvoření. Na jejich okrajích jsou typické prstíky odkapávajících hvězd. Fotografie se stala známou široké veřejnosti zejména díky tomu, že se rychle dostala na obálky nejen vědeckých časopisů, ale i různých magazínů a novin. Následně tuto zajímavou hvězdnou porodnici fotografovali infračervený dalekohled SpitzerSST (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. Po více než 16 letech provozu ukončil dalekohled svou činnost v roce 2020. a rentgenová observatoř ChandraChandra – družicová observatoř NASA zkoumající vesmír v rentgenovém oboru. Byla vypuštěna v roce 1999. Na palubě observatoře je rentgenový dalekohled o průměru 1,2 m a ohniskové vzdálenosti 10,05 m, tvořený čtyřmi soubory souosých paraboloidně-hyperboloidních zrcadel o délce 0,85 m, se zorným polem o průměru 1,0° a s rozlišením 0,5″.. Sloupy stvoření v 90. letech 20. století výrazně posunuly naše znalosti o vzniku hvězd. Tato unikátní oblast se dostala do hledáčku Webbova dalekohledu, stejně jako komplex Carina, hned v prvním roce jeho pozorování (2022). Webb pořídil dosud nejpodrobnější snímek této úchvatné oblasti.

Sloupy stvoření, hvězdná porodnice ze souhvězdí Hada. Zdroj: JWST/NASA/ESA.

Žlutá jeskyně

Komplex Carina je vzdálený 8 000 světelných roků, Sloupy stvoření 6 000 světelných roků. Dalekohled Jamese Webba se v roce 2023 zaměřil v blízkém infračerveném oboru i na velmi blízkou hvězdnou porodnici – komplex mlhovin Ró Hadonoše vzdálený pouze 460 světelných roků. Komplex je cílem mnoha pozorovacích projektů od 90. let dvacátého století. Webb zobrazil mlhovinu v nevídaných detailech. Kolem mladých hvězd jsou patrné rodící se planetární soustavy, některé hvězdy vyvrhují výtrysky látky kolimované magnetickým polem, v mlhovině jsou hnědí trpaslíci – objekty na pomezí malých hvězd a obřích planet a jedna z hvězd označovaná S1 odfoukla kolem sebe materiál mlhoviny a vytvořila žlutou dutinu, které se začalo říkat Žlutá jeskyně. Samozřejmostí jsou rozsáhlá prachová oblaka táhnoucí se napříč mlhovinou. Neuvěřitelná scenérie ukazuje fascinující možnosti současné observační astronomie.

Komplex mlhovin v okolí hvězdy Ró Hadonoše. Kruhová oblast v dolní části je Žlutá jeskyně, uprostřed se nachází hvězda S1. Vpravo nahoře od dutiny se táhne výrazná oblast prachu. V horní části jsou patrné prstíky „odkapávajících“ hvězd a u jedné nově zrozené hvězdy vidíme výrazné výtrysky formované magnetickým polem. Zdroj: JWST/NASA/ESA.

„Přelet“ nad povrchem snímku mlhovinného komplexu Ró Hadonoše (nahoře).
Zdroj: JWST/NASA/ESA.

JuMBOs

Asi k největšímu překvapení došlo při zkoumání hvězdné porodnice v jedné z nejznámějších mlhovin vůbec – ve Velké mlhovině v Orionu vzdálené přibližně 1 400 světelných roků. Za temné oblohy ji snadno spatříme i pouhým okem. Hubblův dalekohledHST – 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 přesnějšímu určení Hubblovy 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. zde našel mnoho rodících se hvězd letících mezihvězdným prostředím, detekoval čelní rázové vlny podobající se příďové vlně před lodí plující po řece a nalezl protoplanetární disky rodících se planetárních systémů. Na základě dat z Hubbla vznikla dokonce působivá animace průletu touto mlhovinou. Samozřejmě, že natolik známá mlhovina neunikla ani pozornosti Webbova dalekohleduJWST – James Webb Space Telescope, vesmírný dalekohled Jamese Webba, následovník Hubblova dalekohledu připravený třemi kosmickými agenturami: americkou NASA, evropskou ESA a kanadskou CSA. Dalekohled vynesla do vesmíru evropská nosná raketa Ariane na konci roku 2021. Je umístěn v Lagrangeově bodě L2 soustavy Země-Slunce. Průměr segmentovaného zrcadla je 6,5 m. Dalekohled je pojmenován po řediteli NASA, který Ameriku úspěšně dovedl k přistání na Měsíci. Dalekohled Jamese Webba je určený primárně pro pozorování v infračerveném oboru.. Nalezl v ní řadu obřích planet. Na tom by nebylo nic divného, exoplanetExoplaneta – extrasolární planeta, planeta obíhající okolo jiné hvězdy, než je naše Slunce. Jejich existence byla předpovězena dlouhou dobu, první exoplaneta u pulzaru byla detekována v roce 1992, první exoplaneta u hvězdy hlavní posloupnosti byla objevena až v roce 1995 u hvězdy 51 Pegasi. Její objevitelé – Michel Mayor a Didier Queloz – získali v roce 2019 Nobelovu cenu. Do roku 2025 bylo nalezeno přes 6 000 exoplanet. Většinou jde o velká tělesa s hmotností a velikostí jen o málo menší, než mají hnědí trpaslíci. je dnes známo přes 6 000, ale tyto planety s hmotností srovnatelnou s Jupiterem nebo větší se v některých případech vyskytly jako vzájemně se obíhající dvojice. Něco jako Země spolu s Měsícem. Až na to, že oba objekty jsou přibližně stejně hmotné. Pro tyto případy se ujal název JuMBOs (Jupiter Mass Binary Objects, podvojné objekty s hmotností Jupiteru). Současné modely vzniku planet něco podobného nepřipouštějí. Jde o nestabilní situaci a jeden z dvojice by měl být gravitací vypuzen pryč. Kdyby šlo jen o několik objektů, mohlo by jít o náhodu a jejich krátkodobou vzájemnou vazbu. Jenže dalekohled Jamese Webba nalezl takových objektů ve Velké mlhovině v Orionu celkem 42. O náhodu tedy nemůže jít a není vyloučeno, že tento objev si vynutí změnu našich představ o vzniku planetárních soustav.

 

JuMBOs, podvojné systémy obřích planet ve Velké mlhovině v Orionu.
Zdroj: JWST/NASA/ESA.

Odkazy