Jak vznikají galaxie?
Galaxie rostou přísunem plynu, tvorbou hvězd a slučováním s dalšími soustavami. Jejich vývoj ovlivňují temná hmota, okolní prostředí i aktivita centrálních černých děr. Na větších měřítkách tvoří galaxie rozsáhlou kosmickou síť.
© / kredit: ESO/M. Kornmesser · Zdroj · · CC BY 4.0 · Úpravy: zmenšení a kredit.
Ze zrnka temné hmoty
Malé počáteční hustotní nerovnosti se působením gravitace zesilovaly. Temná hmota vytvářela hala, rozsáhlé koncentrace gravitačně působící hmoty, do nichž se postupně soustřeďoval plyn.
Když plyn dokázal účinně chladnout a zhušťovat se, vznikaly hvězdy a první galaxie. Jejich další růst závisí na spojení gravitace, proudění plynu a energie uvolňované hvězdami a aktivními jádry.
Sběrači plynu
Plyn při pádu do gravitačních oblastí získává energii a může se zahřívat. Vyzařováním ji zase ztrácí, což umožňuje další zhuštění. V nejhustších oblastech se vytvářejí hvězdy.
Ultrafialové záření a hvězdné výbuchy mění teplotu, složení i pohyb okolního plynu. První galaxie tak přispívaly také k reionizaci mezigalaktického vodíku. Tato zpětná vazba reguluje zásoby plynu pro další hvězdnou tvorbu.
Malé se slévají, velké rostou
Galaxie rostou přísunem plynu, vznikem hvězd i slučováním s jinými galaxiemi. Poměr těchto procesů se mění s hmotností, prostředím a epochou. Pozorujeme malé galaxie v okolí větších, soustavy s více jádry i hvězdné proudy po působení slapových sil.
Naše Mléčná dráha postupně rozebírá trpasličí galaxii Sagittarius. Její rozsáhlé hvězdné proudy byly rozpoznány pomocí astronomických přehlídek a měření; odlišují se od jasného pásu Mléčné dráhy na noční obloze.
Role centrální černé díry
Mnohé velké galaxie hostí ve středu supermasivní černou díru. Plyn padající do jejího okolí se zahřívá a může vyzařovat velké množství energie; aktivní jádro někdy vytváří i výtrysky.
Předávání energie okolnímu plynu může ovlivnit jeho chladnutí a vznik hvězd. Síla a důsledky této zpětné vazby závisí na podmínkách konkrétní galaxie. Samostatně se jí věnuje téma o supermasivních černých dírách.
Jak galaxie tvoří kosmickou síť
Galaxie se sdružují do skupin a kup a dále vytvářejí vlákna a stěny obklopující rozsáhlé řídké oblasti, označované jako voidy. Tuto strukturu nazýváme kosmická síť. Roste z počátečních nerovností působením gravitace a její vývoj závisí i na rozpínání.
Kupy mohou být gravitačně vázané jako celek. U větších seskupení, například nadkup, se jednotlivé části mohou dál vzájemně vzdalovat. Pozorované hranice struktur proto určujeme pomocí pohybů i rozložení hmoty.
Trojrozměrné mapy sestavujeme z poloh galaxií a rudých posuvů. Jejich statistické vlastnosti zkoumají Euclid a DESI. Kosmická síť zároveň ukazuje, jak může být vesmír místně členitý a na mnohem větších měřítkách přibližně stejnorodý.
Od první miliardy let k dnešnímu vesmíru
První galaxie jsou začátkem dlouhého vývoje. Další miliardy let přinášejí růst galaxií, proměny hvězdné tvorby i vznik Sluneční soustavy. Zde je osa lineární: stejně dlouhý úsek znamená stejně dlouhou dobu. Všechny její hodnoty vyjadřují stáří vesmíru.
- od první miliardy let až do dneška: Galaxie a kosmická síť dále rostou. Přitéká plyn, vznikají hvězdy a galaxie se slučují. Mění se jejich velikost, složení i okolí.
- zhruba 2 až 4 miliardy let: Vrchol kosmické hvězdné tvorby. V průměru vznikají hvězdy nejrychleji. Později celková rychlost jejich tvorby klesá.
- asi 7,7 miliardy let v základním modelu ΛCDM: Rozpínání se začíná zrychlovat. Vliv temné energie převáží nad gravitačním zpomalováním. Jde o vývoj velkých měřítek.
- asi 9,2 miliardy let; tedy před 4,6 miliardy let: Vznik Slunce a Sluneční soustavy. Z místního oblaku plynu a prachu vzniká Slunce a planety včetně Země.
- přibližně 13,8 miliardy let: Dnešní vesmír. Pozorujeme galaxie různého stáří a skládáme jejich světlo do příběhu kosmického vývoje.
Stáří vesmíru a dobu před dneškem rozlišujeme: Sluneční soustava vznikla přibližně před 4,6 miliardy let, tedy ve vesmíru starém asi 9,2 miliardy let. Začátek zrychlování kolem 7,7 miliardy let je orientační výsledek základního modelu ΛCDM; jeho příčiny a měření rozvádí téma o zrychlování rozpínání. Vývoj se začne zrychlovat ještě předtím, než hustota energie temné energie převýší hustotu hmoty.
Možné scénáře po dnešní epoše přibližuje téma o budoucnosti vesmíru.
Od 1 do 13,8 miliardy let. Lineární měřítko stáří vesmíru v miliardách let. Pásy vyznačují orientační časové oblasti dějů, kroužky vybrané milníky. Nejde o intervaly statistické nejistoty.
© / kredit: Kosmologické novinky · Zdroj · Odborný podklad Odborný podklad Odborný podklad · CC BY 4.0 · Úpravy: vlastní schéma.
Co ještě nevíme
Vědci zkoumají, jak rychle vyrostly první galaxie, proč některé přestaly tvořit hvězdy a jak se vyvíjela jejich centrální černá díra. Pozorování Webbem a dalšími přístroji se porovnávají s modely světla hvězd, prachu a plynu.
Jasnost či chemické složení rané galaxie poskytují důležité údaje pro její historii. Přesná interpretace vyžaduje také vzdálenost, odhad hmotnosti a kontrolu dalších možných zdrojů záření.
Zdroje a další čtení
Proč je to zajímavé právě pro vás?
Mléčná dráha se během miliard let proměňovala a její vývoj pokračuje. Hvězdné proudy, pohyby sousedních galaxií a rozložení plynu nám umožňují rekonstruovat tuto historii a porovnávat ji s modely vzniku kosmických struktur.
Našli jste chybu nebo nepřesnost? Napište redakci. (redakce@kosmonovinky.cz)