Pokud před sebou máte šálek kávy a pijete ji s mlékem, tak teď je ta správná chvíle mléko pomalu nalít do šálku a zlehka míchat. Jedná se o příjemný a dostupný způsob, jak si navodit potřebnou představu. Ne, nebudeme se zabývat gurmánským pohledem na nejrozšířenější a nejlehčí drogu. Řeč bude o turbulencích v mezigalaktickém plynu.

Jedna z palčivých otázek dnešní kosmologie se týká mezigalaktických plynových mračen. Dle představ astrofyziků by mezigalaktická plynová mračna měla průběžně chladnout a následně kondenzovat do podoby nových hvězd. Jenže pozorování ničemu takovému nenasvědčují, mezigalaktická hmota se na představy pozemských astronomů ne a ne ohlížet, chladnout se jí příliš nechce. Světlo do tohoto problému se podařilo vnést zasloužilému veteránovi retgenového oboru, observatoři Chandra. V podezření už dlouho byly supermasivní černé díry osidlující centra většiny galaxií. Nyní jsou přistiženy při činu, stalo se tak v galaktických kupách v souhvězdí Perseus a Panna. Teplo v jejich mračnech generují silné turbulence zjištěné v Chandrových datech, tyto turbulence jsou způsobeny silnými výtrysky energetických částic, které plyn promíchávají jako lžička kávu v mém úvodním přirovnání. Autorka studie doktorka Irina Zhuravleva svá pozorování srovnává i s jinými typy turbulencí, třeba s obrazem “La Turbolenza” od Leonarda da Vinciho, který je prý považován za první pokus o pochopení turbulencí, nebo “Starry Night“ od Vincenta van Gogha, který je dokonce jediný, kdo se pokusil turbulence zakreslit s matematickou přesností. Dále připomíná známou Velkou Rudou Skvrnu, která není ničím jiným než gigantickou bouří v atmosféře Jupiteru, takže zase vířivým prouděním. Irinu Zhuravlevu zjevně fascinuje platnost hydrodynamických zákonů bez ohledu na měřítko a hustotu pozorované hmoty, ostatně to docela chápu. Pokud vás podobné výjevy také přitahují, pak vězte, že na úvodním obrázku je zobrazen horký plyn v centru galaktických kup Perseus a Panna v podání camery ACIS umístěné na observatoři Chandra; není bez zajímavosti, že expozice trvala 416 hodin 32 min.

Díky teplotě mezigalaktického plynu – která dosahuje desítek a stovek milionů stupňů – jsou orbitální rentgenové observatoře nedocenitelným nástrojem k jejich pozorování. Zvláště v tomto případě se hodila Chandrova vyhlášená schopnost produkovat velice ostré snímky. Avšak ani Chandra není schopen přímého pozorování pohybů plynu, bylo nutno si vypomoci malým fíglem. Všechno začalo před šesti lety, kdy Irina Zhuravleva pracovala na svém prvním doktorském projektu, týkajícím se vlivu příčných pohybů horkého plynu uvnitř galaktických kup na polarizaci jasných emisních čar v rentgenovém oboru. Během práce vyšlo najevo, že teoreticky to není problém, ale bude nutno si chvíli počkat na dostatečně citlivé polarimetry ve vesmíru. Proto zaměřila svou pozornost na bližší budoucnost, která se nám rýsuje v podobě Astro-H (doufám, že se k němu dostanu ještě před jeho startem). Několik technik se skutečně podařilo vyvinout, ale přece jen by bylo lépe, kdyby šlo nějaká pozorování uskutečnit už se současným vybavením.

Spásný nápad se zrodil v diskuzi nad strukturami pozorovatelnými na rentgenových snímcích galaktických kup. Představme si vlny v oceánu: v jejich pohybu lze vysledovat jednoduchý vztah mezi amplitudou a rychlostí vody: čím vyšší rychlost, tím vyšší vlny. Tento poznatek lze mimo jiné aplikovat i na plynnou atmosféru galaktických kup. Irina Zhuravleva doporučuje si teď představit, jak vmícháváte kapku červené barvy do bílé, ale lze zůstat i u toho mléka a kávy. Jen si místo kávy nebo bílé barvy představte horký plyn, místo mléka nebo červené barvy tu máme entropii plynu a místo lžíce třeba polární výtrysky supermasivních černých děr a jiné zdroje podobných poruch. V důsledku takto způsobených pohybů se místně mění hustota plynu, ale ne jeho entropie, díky vyšší hustotě energie tak bude plyn v těchto místech vyzařovat silněji. S touto teoretickou výbavou už stačí na vyfiltrovaných snímcích změřit amplitudy odchylek hustoty různých velikostí, kýženou hodnotu pak získáme vynásobením rychlostí zvuku v plynu. Že celý postup bude tak jednoduchý, si před šesti lety nikdo nepředstavoval. Nad to všechno je energie uvolněná zářením z těchto mračen a  zajišťující tak jejich ochlazování v rovnováze s energií přijímanou ze supermasivních černých děr; to znamená, že tyto turbulence zajišťují tepelnou rovnováhu. Je skutečně pozoruhodné, jak prostý postup nám umožnil pozorování pohybů plynových mračen již pomocí dnešních observatoří. Irina Zhuravleva se i tak už nemůže dočkat observatoře Astro-H.

Zdroje informací:
http://chandra.harvard.edu/blog/node/522
http://chandra.harvard.edu/blog/node/523
http://chandra.si.edu/photo/2014/perseusvirgo/

Zdroje obrázků:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/ea/Van_Gogh_-_Starry_Night_-_Google_Art_Project.jpg/757px-Van_Gogh_-_Starry_Night_-_Google_Art_Project.jpg
http://speechbubble.files.wordpress.com/2007/05/eddy-davinci.jpg
http://chandra.si.edu/photo/2014/perseusvirgo/perseusvirgo.jpg
http://chandra.harvard.edu/blog/files/images/red_spot.jpg
http://chandra.harvard.edu/blog/files/images/izhuravleva.jpg