Jak vypadá a chová se mezigalaktická hmota, zkoumal mezinárodní tým astronomů za pomoci rentgenové observatoře Chandra. Překvapivě zjistili, že proti očekávání má výrazně menší viskozitu, často se v ní objevují turbulence a chová se tedy podobně, jako když si vmícháváte mléko do kávy.
Mezigalaktická hmota je součástí kup galaxií, což jsou největší objekty ve vesmíru, které drží pohromadě gravitační síla. Hmota je vlastně velmi řídké, miliony stupňů Celsia horké a slabě zmagnetizované plazma.
„Jeho vlastnosti se nedají jednoduše odvodit ze známých fyzikálních zákonů a takovou hmotu nejde ani experimentálně zkoumat přímo na Zemi. Lepší znalost jejích vlastností nám přitom pomůže lépe poznat účinky takových jevů, jako jsou srážky a spojování kup galaxií a také vývoj samotných galaxií či tvorbu nových hvězd v nich,“ přiblížil možné využití výsledků pozorování Norbert Werner z Ústavu teoretické matematiky a astrofyziky Přírodovědecké fakulty MU, který se na něm podílel.
Vědci se zaměřili na kupu nazývanou Coma, která zahrnuje přes tisíc galaxií. Pro astronomy je to vlastně vesmírná laboratoř, bylo to jedno z prvních míst, kde pozorovali gravitační anomálie spojované s temnou hmotou, která tvoří většinu hmoty galaktických kup.
Coma je vhodná vesmírná laboratoř také pro pozorování mezigalaktické hmoty, vědci v ní mohou zkoumat vlastnosti řídkého a slabě zmagnetizovaného plazmatu, což se nedá dělat na Zemi a je to složité i pro numerické simulace. Vlastnosti této kupy galaxií vědcům umožňuje sledovat, jak se v plazmatu často srážejí jeho jednotlivé částice, a odvodit tak jeho vlastnosti.
Pohled na kupu galaxií Coma
Pro popis chování mezigalaktické hmoty se často využívají rovnice pro popis horkého plynu. Pokud by se mu svými vlastnostmi skutečně podobala, měla by mít velmi vysokou viskozitu. Ta je charakterizovaná mimo jiné takzvanou střední volnou drahou částic, které by byla dlouhá až sto tisíc světelných let. Pozorování kupy Coma ale ukázalo, že střední volná dráha částic je mnohem menší, a částice se tak srážejí častěji.
Ze zhruba dvou týdnů pozorování tak odborníci odvodili, že viskozita mezigalaktické hmoty je výrazně menší, než čekali. „Domnívali jsme se, že se plyn bude chovat podobně, jako když si chcete třeba do kávy zamíchat med, který má vysokou viskozitu a netvoří tedy žádné víry, ale mnohem hladší struktury. Ukázalo se však, že v mezigalaktickém plynu se snadno vytvářejí turbulence podobné spíš vírům v hrnku s kávou, do níž si vmícháváte mléko, což ukazuje právě na menší viskozitu,“ uvedl Werner.
S kolegy se domnívá, že tuto nečekanou vlastnost mezigalaktické hmoty ovlivňují nepravidelnosti v magnetickém poli plazmatu. To se totiž skládá z částic s elektrickým nábojem, převážně elektronů a protonů, které nepravidelnosti v magnetickém poli mohou odklánět, a snižovat tak jejich průměrnou dráhu před srážkou s jinou částí, a tím snižovat i viskozitu hmoty.
Odborníci studovali rentgenové záření vycházející z části kupy galaxií dostatečně vzdálené od jejího středu. „Snad jedním z nejpřekvapivějších aspektů výzkumu je, že jsme byli schopni studovat fyziku na úrovni interakcím mezi atomovými částicemi v objektu, který je vzdálený 320 milionů světelných let," podotkl spoluautor studie Alexander Schekochihin z Oxfordské univerzity.
Znalost této veličiny umožní astronomům lépe pochopit účinky například srážek shluků galaxií, které mohou generovat různé turbulence v mezigalaktickém plynu. Tyto turbulence mohou působit jako zdroj tepla, který brání ochlazování plynu a tím vzniku nových hvězd. Odborníci proto chtějí v následujících letech přímo měřit rychlost pohybu mezigalaktické hmoty.
Výsledky pozorování vlastností mezigalaktického plynu zveřejnil nedávno časopis Nature Astronomy. Na této studii se podíleli odborníci působící na univerzitách v Česku, Maďarsku, Německu, Rusku, Dánsku, Velké Británii, Japonsku a Spojených státech amerických.
