Nestydnoucí Panna

Magnetická pole jsou ve vesmíru všudypřítomná. Své magnetosféry mají planety, hvězdy ba i celé galaxie. V galaktických kupách je mezi galaxiemi různě velké množství mezigalaktické látky, které je nejčastěji v plazmatickém skupenství. Mezigalaktickou látku ale v optickém oboru obvykle nevidíme. V kupách jsou ve viditelném světle pozorovatelné jen galaxie plné hvězd. Děje, které se mezi galaxiemi odehrávají a zejména odpovědi na otázky související s tím, jak to všechno drží pohromadě, zůstávaly dlouho bez uspokojivých odpovědí.

Porovnání obrazu galaktické kupy ve viditelném světle, v němž jsou zřetelné jen jednotlivé galaxie, v nichž svítí hvězdy, s rentgenovým obrazem stejné oblasti, na němž je zřetelný mezigalaktický plyn. Na snímcích je galaktická kupa Abell 1367. Zdroj: Princeton.

Uvnitř kup poblíž jádra je prostředí hustší než v okrajových oblastech. Jedná se o látku ovlivnitelnou magnetickým polem, a pokud se podaří takové mezigalaktické prostředí správným způsobem zobrazit, mělo by být v principu možné otisk magnetického pole přečíst. Jako použitelný způsob zobrazení se nabízí měření polarizace ze záznamů v rádiovém nebo rentgenovém oboru. Jde o spektrální obory, v nichž září zejména mezigalaktický plyn. Přenos tepelné energie v takovém prostředí obvykle probíhá ve směru magnetických siločar (nabité částice snadno kloužou podél siločar, napříč je pohyb omezený). Struktura magnetického pole galaktické kupy tedy určuje, jak si galaxie vyměňují energii mezi sebou a s mezigalaktickým prostředím. Pozorným čtením zde můžeme nalézt zprávu o energetické historii celé soustavy. Tímto způsobem lze například určit, zda jádro kupy postupně chladne, nebo zda se udržuje v energeticky vyrovnaném stavu po dobu srovnatelnou s dobou existence celé soustavy. Takové zjištění by pak bylo velmi důležitým poznatkem ve studiu vývoje velkorozměrových struktur.

Takto vypadá kupa galaxií v Panně v rentgenovém záření, jehož zdrojem je horký mezigalaktický plyn. Jádro kupy je soustředěno okolo obří eliptické galaxie M 87, která se na snímku nalézá ve středu červenofialové skvrnky uprostřed. Barevné oblasti znázorňují různé koncentrace mezigalaktického plynu. Na tomto snímku je názorně patrné, jak hustým prostředím se galaxie uvnitř kupy mohou pohybovat. Zdroj: NASA.

Magnetosféry jednotlivých galaxií pozorovaných v kupě jsou doslova prozářeny svitem hvězd. Světlo hvězd je ale magnetickou obálkou galaxie polarizováno, a pokud změříme jeho polarizaci, získáme tak strukturu pole. Magnetická pole galaxií kolotajících na orbitách kolem jádra kupy a proplouvajících mezigalaktickým prostředím se zákonitě propojí s celkovým polem kupy a budou se vzájemně ovlivňovat. Při pohybu galaxie mezigalaktickým plazmatem se na náletové straně magnetické siločáry zhušťují a na závětrné straně vzniká turbulence. Galaxií jsou v kupách stovky a v některých i tisíce. Veškeré jejich vzájemné pohyby „promíchávají“ strukturu plazmatu v jejich okolí, a tím i mezigalaktickou magnetosféru, v níž vznikají magnetotepelné nestability. Každá galaxie takto při svém pohybu za sebou „zametá“ magnetickou stopu. V prostředí dostatečně bohatém na pohybující se galaxie pak magnetotepelné nestability brání úniku energie do periferních oblastí. Kupa se proto bude dlouhodobě udržovat ve stavu, kdy z jádra do periferních oblastí proudí naprosto zanedbatelné množství energie, a jádro tak „nechladne“.

Obraz galaxie NGC 4654 v optickém (vlevo) a rádiovém oboru (vpravo). Levý obraz pochází z přehlídky SDSS. Rádiový obraz se zakreslením intenzity rádiového signálu a jeho polarizace je vytvořen podle pozorování radioteleskopu Effelsberg na vlně 3,6 cm. Vodíkový chvost zobrazený tmavomodře, který galaxie zanechává při svém pohybu kupou za sebou, nevykazuje známky polarizace. Zdroje: Yale, UJ.

Galaxie z kupy v Panně zobrazené prostřednictvím HI emise (vysoká intenzita od bílé přes žlutou do nejslabší červené), do níž je promítnuta intenzita (uzavřené obrysové tmavé linie) a polarizace (světlé úsečky) rádiové emise na vlně 6 cm. Ne vždy však sobě rádiový obraz a obraz HI emise odpovídají. Příčinou může být mimogalaktický zdroj rádiového signálu. Zdroj: Nature.

Mapování orientace celkového magnetického pole kupy odvozením ze směru polarizace synchrotronové emise jednotlivých velkých spirálních galaxií. Vlevo jsou dvě galaxie se zobrazením vlastního pole obdobně jako na předchozím zobrazení. Pravý obrázek zahrnuje celkovou mapu kupy z observatoře ROSAT (oranžová siluetní podkresba) a velké spirální galaxie rozdělené podle radiálních rychlostí. Tento graf je výsledkem přehlídky VIVA Survey (VLA Imaging of Virgo in Atomic gas). Žluté šipky zobrazují orientaci magnetického pole v galaxiích, u nichž lze z rádiových dat velmi dobře rozlišit polarizaci. Zdroj: Nature.

Závěr

V případě kupy galaxií v Panně bylo srovnáním numerických simulací s pozorováními v rádiovém a rentgenovém oboru zjištěno, že jádro kupy poměrně přesně odpovídá předpokladům „promíchávání“ vnitřní magnetické struktury a výše popsaný mechanizmus by tedy mohl být zodpovědný za udržování celé soustavy dlouhodobě v „nevychládajícím“ stavu. Pro vytváření velkoprostorových struktur a jejich následnou dlouhodobou stabilizaci to znamená, že existuje mechanizmus, díky němuž se galaktické kupy mohou nacházet v ustálených podmínkách poměrně dlouhou dobu, alespoň co se jejich vnitřních oblastí týče. Samotné jednotlivé galaxie se v kupě pohybují v energeticky ustáleném prostředí a je dokonce možné, že energii, kterou do mezigalaktického plynu jejich hvězdy a mezihvězdná látka vyzáří, mohou získávat nějakým dosud nepozorovaným mechanizmem zase zpátky.

Odkazy