30 Doradus (Mlhovina Tarantule, NGC 2070) – Fyzika extrémních hvězdokup a hvězdné populace R136

30 Doradus je největší extragalaktická H II oblast v Místní skupině galaxií, situovaná na severovýchodním okraji Velkého Magellanova mračna (LMC).

• Souřadnice (J2000): RA $05^\text{h} 38^\text{m} 38^\text{s}$, Dec $-69^\circ 05' 40''$.
• Vzdálenost (z měření zákrytových dvojhvězd v LMC):

• Fyzický průměr: $D \approx 200 - 300,\text{pc}$ ($650 - 1000,\text{ly}$).
• Hmotnost plynu a prachu v ionizované zóně: $M_{\text{gas}} \approx 8 \times 10^5,M_\odot$.
• Integrovaná H$\alpha$ svítivost: $L(H\alpha) \approx 1.5 \times 10^{40},\text{erg/s}$ ($1.5 \times 10^{33},\text{W}$).
• Celkový ionizační tok Lymanova kontinua:

což představuje téměř 50 % veškerého ionizačního výkonu celého Velkého Magellanova mračna.

Centrální motor mlhoviny tvoří extrémně kompaktní superhvězdokupa R136 s věkem $t \approx 1.5 - 2.0,\text{Myr}$:

• Centrální hvězdná hustota: $\rho_0 > 5 \times 10^4,M_\odot/\text{pc}^3$.
• Celková hvězdná hmotnost kupy: $M_\star \approx (5 - 10) \times 10^4,M_\odot$ v poloměru do 5 pc.
• Populace velmi masivních hvězd (VMS – Very Massive Stars):
  R136 hostí unikátní seskupení Wolf-Rayetových hvězd bohatých na vodík (spektrální typ WN5h):
  • R136a1: Hmotnost $M \approx 200 - 250,M_\odot$, svítivost $L \approx 6.2 \times 10^6,L_\odot$, $T_{\text{eff}} \approx 53,000,\text{K}$.
  • R136a2: $M \approx 195,M_\odot$, $L \approx 5.6 \times 10^6,L_\odot$.
  • R136a3: $M \approx 180,M_\odot$, $L \approx 4.7 \times 10^6,L_\odot$.
  • R136c: $M \approx 175,M_\odot$, $L \approx 5.6 \times 10^6,L_\odot$.

Tento objev překonal dříve obecně přijímaný empirický limit hmotnosti hvězd ($150,M_\odot$) a potvrdil možnost vzniku hvězd s hmotnostmi přes $200 - 300,M_\odot$ při nízké subsolární metalicitě ($Z_{\text{LMC}} \approx 0.5,Z_\odot$).

Exploze modrého nadobra Sanduleak -69° 202 (spektrální typ B3Ia, hmotnost $M \approx 20,M_\odot$) dne 23. 2. 1987 byla klasifikována jako atypická supernova typu II-pec:

• Detekce neutrin: Záchyt 24 neutrin detektory Kamiokande II, IMB a Baksan během 13 sekund potvrdil uvolnění gravitační vazebné energie neutronové hvězdy ($E_\nu \approx 3 \times 10^{46},\text{J} = 3 \times 10^{53},\text{erg}$).
• Prstencová geometrie: HST a JWST detailně mapují expanzi vyvrženého materiálu a jeho interakci s pre-existujícím rovníkovým prstencem materiálu odhozeného před 20 000 lety.
• Objev centrální neutronové hvězdy: V únoru 2024 tým JWST (Fransson et al., Science) potvrdil detekci úzkých emisních čar ionizovaného argonu (Ar II, Ar III) z centra zbytku, což přineslo definitivní důkaz o existenci mladé neutronové hvězdy zrozené při výbuchu.

Díky nízké metalicitě prostředí LMC ($[Fe/H] \approx -0.35,\text{dex}$) a obřímu výkonu hvězdotvorby slouží 30 Doradus jako nejbližší detailně rozlišitelná analogie masivních starburst oblastí v galaxiích při rudém posuvu $z \approx 2$ v éře nejbouřlivějšího formování vesmíru.

• Crowther, P. A., et al. (2010). Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 408(2), 731-751.
• Fransson, C., et al. (2024). Emission lines due to ionizing radiation from a compact object in the remnant of Supernova 1987A. Science, 383(6685), 898-903.
• Schneider, F. R. N., et al. (2018). An excess of massive stars in the local 30 Doradus starburst. Science, 359(6371), 69-71.