N = 100 000 000
Jak přišly spirální galaxie ke svým ramenům

Počítačová simulace osvětluje tvar hvězdných soustav. Vědci si myslí, že objasnili, proč hodně z nich vypadá jako chobotnice z druhého patra. Včetně té naší.

Kdybyste dokázali vyletět mimo naši Galaxii a podívat se na ni z ptačí perspektivy, vypadala by jako gigantický vír. V jeho středu leží jádro, plné starých hvězd. Uvnitř jádra je silný zdroj rádiového záření jménem Sagittarius A*. Jeho hmotnost činí asi 3,7 miliónů hmotností Slunce a poloměr asi 6,6 miliard kilometrů. Je to nejspíš obří černá díra. Celá Galaxie má okolo jednoho až jednoho a půl biliónu hmotnosti Slunce. Vedle jádra má vír ještě ramena. Potkáte v nich mladší hvězdy, jako je třeba ta naše.

Našemu rameni se říká buď Místní rameno s velkým M, nebo Rameno Orionu. Podobnou vírovitou strukturu má sedmdesát procent galaxií v okolí. Vědci se snaží vymyslet, jak ramena vznikají, už od roku 1925, kdy si švédský astronom Bertil Lindblad všiml, že by podle zákonů mechaniky měla brzo zaniknout.

Jelikož se to neděje, vyžaduje existence spirálních galaxií vysvětlení. S jedním teď přišla v časopise Astrophysical Journal trojice vědců z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics v Bostonu, Elena D'Onghiová, Mark Vogelsberger a Lars Hernquist.

Křemíkové nebe

Formování tvaru galaxií musí mít na svědomí gravitace. Tvoří je stovky miliard hvězd a mezihvězdného plynu, obklopené temnou hmotou. Všechno to na sebe gravitačně působí. Gravitační zákony jsou známy. Propočítat vzájemné ovlivňování tak velkého množství těles a předpovědět jejich pohyb je však obtížné. Je k tomu potřeba buďto zákony zjednodušit na nezbytné minimum, nebo použít hodně dobrý počítač. D'Onghiová, Vogelsberger a Hernquist si vybrali druhou cestu.

Naprogramovali simulaci vzájemného gravitačního působení sta miliónů hvězdných částic podle zákonů newtonovské mechaniky a nechali počítač chroustat. Astrofyzikové mají dvě hlavní teorie vzniku ramen. Podle první jsou projevem hustotních vln, které prostupují celou galaxií. Podle druhé vznikají, když gravitace zesiluje náhodné rozdíly v rozdělení hmoty uvnitř hvězdného disku.

Náhoda proti rotaci

Simulace nedala za pravdu ani jedné z teorií. Obě byly příliš zjednodušující. Ramena se podle vědců rozvíjejí jako výsledek rovnováhy mezi rotačním pohybem galaxie, který má sklon je trhat na kusy a deformovat, a místními odchylkami v hustotě hmoty, jež je naopak udržuje pohromadě. Vzájemným přetlačováním obou vlivů se galaxie rozčlení na gigantické pásy hustší a řidší hmoty. Jakmile se jednou utvoří, mohou dlouho přetrvávat. To je důležité, protože ze starších výpočtů vycházela ramena jako přechodný jev.

Podle vědců existuje několik fakt, která dokazují, že jej jejich vidění simulace rozdělení hmoty uvnitř galaxií správná. Předpovídá existenci galaxií se spirálními rameny bez mezihvězdného plynu. Takové galaxie opravdu existují. Konkurenční teorie o formování ramen je nedokážou vysvětlit.

Model D'Onghiové, Vogelsbergera a Hernquista předpovídá i odlišné rychlosti různých oblastí uvnitř ramen, které už astronomové rovněž zaznamenali. Podle modelu by měly existovat i vztah mezi počtem ramen a některými vlastnostmi struktury galaxií, jenž zbývá ještě ověřit.