Pro pochopení vývoje vesmíru jsou důležité borůvkové a hráškové galaxie

„Hráškové“ galaxie byly poprvé objeveny v roce 2007, a to dobrovolnými občanskými vědci v rámci astronomického projektu Galaxy Zoo. Postupně astronomové zjistili, že jde o velmi malé a kompaktní hvězdné „ostrovy“, nazývané jako trpasličí galaxie, a většinou se nacházejí 2,5 až 4 miliardy světelných let daleko.

Zatímco naše galaxie, Mléčná dráha, obsahuje několik set miliard hvězd, pro hráškové galaxie je typický počet hvězd tisíckrát nebo desettisíckrát menší, což je řadí mezi tzv. trpasličí galaxie.

Tyto hvězdné systémy přitáhly pozornost právě díky své výrazné zelené barvě, která je spojena s jasným zářením ionizovaného kyslíku, jež je spojeno s tvorbou hvězd. Musíme si ovšem uvědomit, že jako zelené tyto „hráškové“ galaxie vidíme jen díky jejich značnému kosmologickému rudému posuvu, který původní vlnové délky elektromagnetického záření prodlužuje. Pokud by se tyto objekty nacházely v blízkém okolí naší Mléčné dráhy, viděli bychom jejich typické světlo s původní kratší vlnovou délkou – a tedy by měly spíše modré zabarvení.

Počet zatím registrovaných hráškových galaxií je něco přes 40 000, což znamená, že jsou mezi pozorovanými galaxiemi vzácné.

Malý rozměr hráškových galaxií a fakt, že v nich probíhá velmi rychlá tvorba nových hvězd, ukazují na to, že jde o vývojově velmi mladé objekty, jejichž stáří se bude pohybovat v rozmezí cca milionů až desetimilionů let (stáří běžných velkých galaxií činí přes 10 miliard let).

Zatímco ve starých a standardně velkých galaxiích vzniká jen několik hvězd za rok, rychlost tvorby hvězd v hráškových galaxiích může být i 100krát větší. To je zároveň řadí mezi tzv. hvězdotvorné galaxie.

Vývojová cesta od mladých a malých galaxií ke starým a běžně velkým samozřejmě vede přes mnoho srážek a postupné spojování těch malých a menších galaxií ve větší, také v nich klesá rychlost tvorby hvězd. Rovněž zde klesá i poměrný počet mladých, zářivých a modrých, bílých nebo zelených hvězd. Jak galaxie stárnou, stárnou také hvězdy, mění se mj. v černé díry, resp. červené trpaslíky.

Mladé trpasličí galaxie s rychlou tvorbou hvězd musely být velmi běžné v prvních stadiích vesmíru, brzy po Velkém třesku. Vzhledem k jejich obrovskému kosmologickému rudému posuvu bychom je však neviděli jako zelené, ale jejich záření by se posunulo až do okem neviditelné infračervené oblasti.

V tomto oboru spektra operuje např. vesmírný dalekohled Jamese Webba. Podobné objekty v našem sousedství bychom viděli naopak jako modré, jak bylo řečeno výše. A tím se dostáváme ke druhým podobným objektům – k tzv. borůvkovým galaxiím, které byly objeveny v posledních letech.

Borůvkové galaxie jsou relativně blízké a malé galaxie, ale protože svítí slabě, byly až donedávna obtížně pozorovatelné. Obsahují „jen“ desítky až stovky milionů hvězd, což je i více než tisíckrát méně, než má naše Mléčná dráha. Řadí se tak rovněž mezi tzv. trpasličí galaxie.

Tím, že jsou kompaktní a mají namodralou barvu, vypadají v optických dalekohledech jako malé modré kuličky. Proto dostaly také název borůvkové. Maximum světelného vyzařování v modré barvě je zřejmě i zde způsobeno překotnou tvorbou nových hvězd.

Vzhledem ke své celkové hmotnosti obsahují borůvkové galaxie mnohem více hvězd, než je běžné u normálních galaxií. Tím nám také připomínají rané galaxie, které se utvořily v první miliardě let po Velkém třesku.

„Studiem borůvkových galaxií, které jsou blízko a jsou proto lépe dostupné pro pozorování na různých vlnových délkách, se tak můžeme dozvědět víc o tom, jaké byly vůbec první galaxie ve vesmíru,“ říká Barbora Adamcová z Oddělení galaxií Astronomického ústavu AV ČR, kterou cituje web České astronomické společnosti.

Další informace o hráškových a borůvkových galaxiích vědci získali díky pozorování v rentgenovém oboru. Nově vzniklé hvězdy jsou totiž často zářiví a horcí obři a veleobři, kteří žijí velmi krátce a po několika milionech let života se vlivem svého intenzivního vyzařování mohou zhroutit mj. v neutronové hvězdy nebo černé díry.

Na ně dopadající materiál z okolí se pak zahřívá na vysoké teploty a vyzařuje vysokoenergetické rentgenové záření. Zatímco současné rentgenové dalekohledy nedohlédnou na první galaxie ve vesmíru, u jejich blízkých analogů, tedy borůvkových a hráškových galaxií, to možné je.

Tým pod vedením Jiřího Svobody z Astronomického ústavu proto požádal v otevřené soutěži o vůbec první rentgenová pozorování sedmi borůvkových galaxií, pomocí orbitální observatoře ESA XMM-Newton. Analýzu takto nově získaných dat vedla doktorandka Barbora Adamcová ve spolupráci s mezinárodním týmem.

Rentgenová pozorování borůvkových galaxií pak přinesla překvapení. „Ukázalo se, že většina borůvkových galaxií má v rentgenovém spektru výrazně nižší svítivost, než bychom očekávali podle jejich velikosti a míry tvorby hvězd,“ sdělila Adamcová. To by mohlo naznačovat, že borůvkové galaxie nejsou dostatečně staré na to, aby v nich vznikla významná populace rentgenových dvojhvězd, které září díky akreci hmoty na kompaktní objekty, jako jsou neutronové hvězdy nebo černé díry.

Výjimkou je pouze jedna borůvková galaxie ze studovaného vzorku, která překvapivě vyzařuje naopak výrazně více rentgenového záření. To může být důsledkem např. nečekané přítomnosti aktivní černé díry o střední hmotnosti, která by mohla být zárodkem superhmotné černé díry, které pozorujeme v centrech velkých galaxií.

Jak je to možné? Populace borůvkových galaxií může být opravdu velmi mladá a jejich hvězdná populace se ještě zřejmě nevyvinula natolik, aby vytvořila binární systémy s normální hvězdou spárovanou s neutronovou hvězdou nebo černou dírou, které jasně září v oboru rentgenového záření. Pokud je to pravda, pak tyto malé galaxie vytvořily většinu svých hvězd v posledních pěti milionech let, což je prakticky „mrknutí kosmického oka“.

Nízká rentgenová svítivost „borůvek“ je překvapivá např. v porovnání s předchozím rentgenovým pozorováním hráškových galaxií. Tyto objekty naopak vyzařují rentgenového záření poměrně hodně. Vypadá to tak, že v hráškových galaxiích jsou přítomny černé díry hmotnější, než bychom to očekávali v podobných trpasličích galaxiích. Navíc vesmírný dalekohled Jamese Webba nedávno zjistil, že galaxie s vysokým rudým posuvem v raném vesmíru vypadají spíše jako „zelený hrášek“ než jako nám nejbližší „borůvky“.

Tyto výsledky byly nedávno publikovány v renomovaném astronomickém časopise Astronomy & Astrophysics a vzbudily pozornost i v zahraničních médiích – článek o nich zveřejnil magazín BBC Sky at Night Magazine a upozornil na jejich význam pro pochopení vývoje galaxií.