Supermasivní černé díry mohou z galaxií vymrštit celé planetární systémy i hvězdokupy

Hvězdokupy, galaxie či kupy galaxií představují natolik kompaktní útvary, že v důsledku vlastní gravitace nedovolí svým „obyvatelům“ uniknout. Přesto musely některé hvězdy svůj domov nedobrovolně opustit. Opustit svůj domov však mohou nejen hvězdy a planety, ale i hmotnější objekty – například právě celé hvězdokupy. 

Galaxie známá jako M87 přišla o kulovou hvězdokupu, pohybující se nyní rychlostí více než tři miliony kilometrů za hodinu. Hvězdokupa, kterou astronomové pojmenovali HVGC-1, se nachází na únikové dráze směrem do neznáma a jejím osudem je věčně se toulat pustým mezigalaktickým prostorem.

„Uprchlické stálice odhalili astronomové již dřív. Ale v tomto případě jde o první detekovanou kulovou hvězdokupu unikající z mateřské galaxie,“ objasňuje Nelson Caldwell z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). Kulové hvězdokupy představují pozůstatky z raného vesmíru a obvykle obsahují tisíce až statisíce hvězd vtěsnaných do malého objemu ve tvaru koule o průměru několika desítek světelných roků. V Mléčné dráze známe asi 180 zmíněných objektů, zatímco obří eliptická galaxie M87 jich zahrnuje několik tisíc.

Astronomové si nejsou zcela jisti, jak mohla být HVGC-1 vyvržena z oběžné dráhy kolem středu M87 tak vysokou rychlostí. Předpokládají však, že jedna z možností závisí na tom, zda se v centru galaxie nachází dvojice supermasivních černých děr. Hvězdokupa se k nim mohla zatoulat příliš blízko, a přestože mnoho stálic bylo z jejích vnějších částí vytrženo, husté jádro zůstalo pohromadě. Dvě černé díry následně zapůsobily jako prak a vymrštily toto jádro obrovskou rychlostí z galaxie.

Objev hvězdokupy HVGC-1 naznačuje, že M87 skutečně obsahuje dvě superhmotné černé díry, což musí představovat důsledek dávné kolize dvou hvězdných ostrovů, které splynuly v jeden obří. Stejný osud čeká i Mléčnou dráhu, jež se během několika miliard let srazí s větší sousedkou v Andromedě a společně vytvoří nový vesmírný objekt.

Galaxie na útěku

Astronomové znají přibližně šest desítek hvězdných uprchlíků vyvržených z galaxií a objevili také jednu vyhoštěnou kulovou hvězdokupu. V roce 2015 se jim podařilo identifikovat jedenáct galaxií, které byly vymrštěny z původních lokalit na věčnou cestu prázdným prostorem! „Čeká je osiřelá budoucnost v podobě vyhnanství z galaktické kupy, přičemž si budou žít vlastním životem,“ vysvětluje Igor Chilingarian z CfA.

Astronom si původně vytkl za cíl identifikovat nové členy třídy galaxií, jež označujeme jako kompaktní elipsoidy. Jde o velmi malá hvězdná uskupení, větší než kulové hvězdokupy, avšak menší než typické galaxie: Jejich průměr činí pouze několik stovek světelných let, zatímco Mléčná dráha měří v průměru asi sto tisíc světelných roků. Kompaktní elipsoidy rovněž dosahují tisíckrát nižší hmotnosti než hvězdné ostrovy srovnatelné s tím naším.

Před zmíněnou studií znali astronomové pouze třicet kompaktních eliptických galaxií, jež mají „bydliště“ v galaktických kupách. Ovšem Chilingarianův výzkum vedl k identifikování téměř dvou set dosud neznámých kompaktních elipsoidů, přičemž jedenáct z nich je naprosto izolovaných a nacházejí se daleko od galaktických kup. Objevené osamocené objekty se navíc podle zjištění pohybují mnohem rychleji než jejich „sourozenci“ v kupě. „Ptali jsme se sami sebe, jak by se dal tento problém vysvětlit. Odpověď spočívala v klasické interakci tří těles,“ konstatoval Chilingarian.

Zopakujme si: Hyperrychlé hvězdy mohou vzniknout v případě, že se dvojhvězdný systém přiblíží k černé díře v centru galaxie. Jednu stálici gravitace černé díry zachytí, zatímco druhá je obrovskou rychlostí vymrštěna pryč. Stejně tak mohl kompaktní elipsoid tvořit součást dvojice galaxií, přičemž větší z nich připravila menší kolegyni o její vnější hvězdnou obálku. Následně se do galaktického tance zapletla třetí galaxie a kompaktní elipsoid byl nenávratně vyvržen pryč.

Stamiliardy planetárních tuláků

Astronomové také objevili novou třídu planet, které osamoceně plují temným vesmírem: Byly zřejmě vymrštěny ze vznikajících planetárních soustav, jsou však velmi obtížně pozorovatelné, proto se je dlouho nedařilo detekovat. Objev první z nich ovšem naznačuje, že podobných objektů může v kosmu existovat velké množství – odborníci odhadují, že se jedná až o dvojnásobek počtu hvězd. V Mléčné dráze se tak potenciálně vyskytuje několik stovek miliard planetárních tuláků, volně plujících mezihvězdným prostorem. 

„Náš výzkum je něco jako průzkum veřejného mínění,“ vysvětluje David Bennett z University of Notre Dame. „Prozkoumali jsme část naší Galaxie jako vzorek a na základě získaných dat můžeme odhadnout celkový počet osamělých planet.“ 

Zatím sice nebylo možné odhalit planety menší než Jupiter, avšak teorie předpokládají, že k odtržení planet o velikosti Země od mateřské hvězdy dojde mnohem snáz. Z toho vyplývá, že malé planety budou volně plout vesmírem mnohem častěji než ty srovnatelné s Jupiterem.

Chybějící planeta

Mléčná dráha tak může být doslova zaplavena oběžnicemi, které putují prostorem, místo aby spořádaně kroužily kolem mateřských stálic. Jestliže se uvedené odhady potvrdí, pak možná zmíněná třída těles ovlivní současné teorie vzniku planet a změní naše chápání původu a šíření života ve vesmíru.

Nejnovější výzkumy přitom naznačují, že i Sluneční soustava zahrnovala kdysi pět plynných obrů místo čtyř, které známe dnes. Jde o závěr počítačových simulací, z nichž vyplývá, že pátá obří planeta byla vyvržena do mezihvězdného prostoru zhruba pět set milionů let po svém vzniku. 

Simulace se čtyřmi či pěti planetárními obry za různých počátečních podmínek prováděl český vědec David Nesvorný, působící v americkém Southwest Research Institute. Modeloval situaci krátce po rozptýlení plynného disku v okolí Slunce a zahrnul období sta milionů let, které je dost dlouhé, aby se oběžnice usadily na definitivních dráhách. Výsledkem simulací bylo zjištění, že mladá Sluneční soustava o jednu velkou členku zřejmě skutečně přišla.