Kupa galaxií

Rozbalit box

Obsah boxu

Kupa galaxií je největší známá gravitačně vázaná struktura ve vesmíru, skládající se z několika stovek až tisíců galaxií, obrovského množství horkého plynu a značného podílu temné hmoty. Tyto gigantické útvary jsou klíčové pro pochopení struktury vesmíru ve velkém měřítku a kosmologického vývoje.

📝 Charakteristika

Kupy galaxií se liší od menších skupin galaxií (jako je naše Místní skupina galaxií) svou velikostí a počtem členů. Mezi jejich hlavní charakteristiky patří:

Velikost: Mají průměr v řádu několika megaparseců (Mpc), což odpovídá milionům světelných let.
Počet galaxií: Obsahují stovky až tisíce galaxií. Ve středu kupy často převládají eliptické a čočkové galaxie, zatímco na okrajích se nacházejí spirální a nepravidelné galaxie.
Horký plyn: Většina baryonové hmoty (běžné hmoty, ze které se skládají hvězdy a planety) v kupách galaxií není obsažena v samotných galaxiích, ale ve formě extrémně horkého, ionizovaného plynu o teplotách desítek až stovek milionů stupňů Celsia. Tento plyn se nachází v mezigalaktickém médiu (někdy nazývaném intracluster medium, ICM) a silně září v rentgenovém oboru spektra.
Temná hmota: Temná hmota tvoří drtivou většinu celkové hmotnosti kup galaxií (až 85 %). Její přítomnost je odvozena z gravitačních efektů, které pozorujeme, ačkoli ji nelze přímo detekovat.
Gravitační vazba: Galaxie a plyn v kupách jsou gravitačně vázány, což znamená, že kupy jsou stabilní útvary, které se hroutí pod vlastní gravitací.

📈 Vznik a vývoj

Kupy galaxií se tvoří hierarchicky v rámci modelu Velkého třesku a Lambda-CDM modelu (standardní kosmologický model). Menší struktury, jako jsou skupiny galaxií, se hroutí nejprve a následně se spojují, aby vytvořily větší kupy. Proces formování kup je doprovázen intenzivními jevy:

Akrece materiálu: Plyn a menší galaxie neustále padají do gravitačního pole kupy.
Rázové vlny a ohřev plynu: Při kolizích a akreci dochází k masivnímu ohřevu plynu na rentgenové teploty, což vede k emisi záření.
Interakce galaxií: Galaxie uvnitř kupy na sebe vzájemně gravitačně působí, což může vést k slučování, odebírání plynu a změně jejich tvaru a vývoje. Z tohoto důvodu je v centrech kup větší podíl eliptických galaxií.
Aktivní galaktická jádra (AGN): Supermasivní černé díry v centrech nejjasnějších galaxií v kupě (tzv. BCG – Brightest Cluster Galaxy) mohou pohánět silné výtrysky a větry, které ohřívají plyn v ICM a brání mu v ochlazování a následné tvorbě hvězd. Tento proces se nazývá zpětná vazba AGN.

🌌 Známé kupy galaxií

Kupa galaxií v Panně: Nejbližší velká kupa galaxií k Místní skupině galaxií (jejíž součástí je naše Mléčná dráha). Je vzdálena přibližně 50 milionů světelných let a obsahuje přes 2000 galaxií.
Kupa galaxií ve Vlasech Bereniky: Jedna z nejhustších a nejbohatších kup galaxií, vzdálená asi 300 milionů světelných let.
Kupa Kulka (Bullet Cluster, 1E 0657-56): Unikátní kupa galaxií vzniklá srážkou dvou menších kup. Je považována za jeden z nejpřesvědčivějších přímých důkazů existence temné hmoty, protože ukazuje, že temná hmota prošla srážkou bez interakce, zatímco horký plyn se srazil a zpomalil.
Abell 2744 (Pandora's Cluster): Obří kupa galaxií vzniklá srážkou čtyř menších kup, která je známá svým komplexním rozložením temné hmoty.
El Gordo (ACT-CL J0102-4915): Jedna z nejmasivnějších vzdálených kup galaxií, objevená v roce 2012. Nachází se více než 7 miliard světelných let daleko.

🔍 Výzkum a význam

Studium kup galaxií je pro astronomy zásadní z několika důvodů:

Kosmologické testy: Kupy galaxií jsou citlivé na kosmologické parametry, jako je hustota temné hmoty a temné energie, a slouží k testování modelů vývoje vesmíru.
Vývoj galaxií: Poskytují ideální laboratoře pro studium, jak prostředí ovlivňuje vývoj galaxií.
"Chybějící" baryony: V kupách galaxií se nachází významná část baryonové hmoty ve formě horkého plynu. Nedávné objevy, včetně objevu masivního vlákna horkého plynu spojujícího čtyři kupy v Shapleyho nadkupě, pomáhají vysvětlit, kde se nachází „chybějící“ běžná hmota, kterou kosmologické modely předpovídají, ale která dosud nebyla zcela pozorována. Tato vlákna, přezdívaná „kosmická pavučina“, jsou tvořena horkým plynem o teplotě přes 10 milionů °C.
Fyzika plazmatu: Horký plyn v kupách je ideálním objektem pro studium fyziky plazmatu v extrémních podmínkách.

Pozorování kup galaxií se provádí pomocí rentgenových teleskopů (např. Chandra, XMM-Newton, XRISM) pro detekci horkého plynu, optických dalekohledů pro galaxie a radioteleskopů pro detekci rádiových emisí.

---

Pro laiky

Představte si, že galaxie jsou jako města a vesmír je jako obrovská mapa. Některá města jsou sama (jako naše Mléčná dráha a její nejbližší sousedé tvoří jen malou "místní skupinku"). Ale pak jsou tu obrovské metropolitní oblasti, kde se shlukují stovky až tisíce měst dohromady. Tyto obrovské aglomerace měst v kosmu nazýváme kupy galaxií.

Tyto "kosmické velkoměsta" nejsou jen o galaxiích. Mezi galaxiemi je spousta prostoru, který je vyplněn extrémně horkým, neviditelným plynem. Tento plyn je tak horký, že září v rentgenovém světle, které naše oči nevidí, ale speciální dalekohledy ho dokážou zachytit. Kromě toho je v kupách galaxií spousta temné hmoty, což je záhadná látka, kterou nevidíme vůbec, ale víme, že tam je, protože její gravitace drží celou kupu pohromadě.

Kupy galaxií jsou jako obří vesmírné "pasti", které přitahují další galaxie a plyn. Když se tyto věci srazí nebo spadnou do kupy, vytváří to obrovské rázové vlny, které plyn ještě více ohřívají. Zkoumáním těchto kup se učíme, jak se vesmír vyvíjel a jak jsou v něm rozloženy různé druhy hmoty.

---

Externí odkazy