Ikonická hvězdná porodnice v souhvězdí Hada proslavená Sloupy stvoření. Oblast překotného zrodu hmotných hvězd, kde intenzivní ultrafialové záření opracovává chladná prachoplynná mračna.

Obsah hesla

[Rejstřík]

1.Objev a anatomie objektu
2.Fenomén Sloupy stvoření
3.Odpařující se plynné globule (EGGs)
4.Nový pohled: Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST)
5.Jak M16 pozorovat na noční obloze?

Orlí mlhovina & Sloupy stvoření (M16, NGC 6611)

Orlí mlhovina (katalogovým označením Messier 16 nebo NGC 6611) představuje jeden z nejznámějších a vizuálně nejpůsobivějších klenotů vesmíru. Vděčí za to především snímku z Hubbleova vesmírného dalekohledu z roku 1995 nazvanému "Sloupy stvoření" (Pillars of Creation), který se stal ikonou moderní astronomie a změnil způsob, jakým veřejnost vnímá zrod hvězd.

Tato gigantická emisní mlhovina se nachází přibližně 5 700 světelných let od Země v rameni Střelce a představuje bouřlivou hvězdnou porodnici, v níž se přímo před našimi zraky z chladného mezihvězdného prachu rodí nová generace hvězd a planetárních soustav.

1. Objev a anatomie objektu #

Orlí mlhovinu objevil švýcarský astronom Jean-Philippe de Chéseaux v letech 1745–1746 (zaznamenal mladou hvězdokupu). Charles Messier objekt znovu nalezl v roce 1764 a popsal i zářící mlhovinu obklopující hvězdy:

Hvězdokupa NGC 6611: Jádrem celého komplexu je velmi mladá otevřená hvězdokupa čítající několik stovek mladých hvězd. Její stáří se odhaduje na pouhé 1 až 3 miliony let – v měřítku vesmíru se tyto hvězdy zrodily doslova "před okamžikem".
Emisní oblak IC 4703: Zářící plyn tvořený převážně vodíkem, který se rozpíná do prostoru o průměru přes 70 světelných let.
Tvar orla: Celková silueta mlhoviny připomíná obřího orla s rozepjatými křídly a vytaženými spáry, který se snáší do hlubin kosmu.

2. Fenomén Sloupy stvoření #

Uprostřed zářící mlhoviny vystupují temné, majestátní prachové věže – Sloupy stvoření:

Jde o obří pilíře chladného molekulárního vodíku a křemičitého prachu, které měří na výšku úctyhodné 4 až 5 světelných let (to je vzdálenost ze Země k nejbližší hvězdě Proxima Centauri!).
Jak sloupy vznikly? Hvězdokupa NGC 6611 obsahuje několik mimořádně hmotných, modrých veleobrů (hvězd spektrální třídy O). Tyto hvězdy chrlí do okolí spalující ultrafialové záření a prudký hvězdný vítr. Tento nápor doslova odfoukává a odpařuje řidší okolní plyn.
Hustší shluky prachu a plynu však tomuto náporu odolávají déle a fungují jako kosmický štít. Za těmito hustými uzly vznikají v jejich stínu dlouhé prachové sloupy mířící směrem od spalujících hvězd.

3. Odpařující se plynné globule (EGGs) #

Na špičkách a hranách prachových sloupů identifikoval Hubbleův dalekohled drobné výběžky připomínající prsty nebo pupeny – astronomové je pojmenovali EGGs (Evaporating Gaseous Globules neboli odpařující se plynné kuličky):

Každá z těchto globulí je větší než celá naše sluneční soustava.
Uvnitř mnoha z nich se nachází zárodek budoucí stálice – protohvězda, která gravitačně smršťuje okolní hmotu.
Pro tyto rodící se hvězdy jde o dramatický závod s časem: podaří se protohvězdě nabalit dostatek materiálu dříve, než ultrafialový žár okolních modrých obrů její rodné mračno zcela odpaří a odfoukne?

4. Nový pohled: Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) #

V roce 2022 namířil na Sloupy stvoření své zrcadlo Vesmírný dalekohled Jamese Webba. Zatímco viditelné světlo pro Hubblea znamenalo neprůhlednou temnou zeď, infračervené přístroje JWST (NIRCam a MIRI) pronikly prachem jako rentgen:

Odhalily tisíce do té doby skrytých, zářících mladých protohvězd zářících rubínově červenou barvou uvnitř sloupů.
Zachytily energetické výtrysky (jety) vystřelující z rodících se hvězd rychlostí stovek kilometrů za sekundu, jak narážejí do okolního chladného materiálu.

5. Jak M16 pozorovat na noční obloze? #

Orlí mlhovina leží v ocasu souhvězdí Hada (Serpens Cauda), těsně u hranic se Střelcem a Štítem. Nejvhodnější období pro pozorování je od července do září.

V triedru (10×50): Hvězdokupa NGC 6611 je snadno viditelná jako třpytivý shluk asi deseti hvězd ponořený do jemného mlhavého oparu.
V dalekohledu (150–200 mm): Mlhovina se zřetelně rozvine, zejména při použití mlhovinového filtru OIII nebo UHC, který potlačí záři oblohy a nechá vyniknout temné zářezy v mlhovině.
V velkých dalekohledech (300 mm a více): Za výjimečně temné horské noci lze při větším zvětšení spatřit samotnou siluetu Sloupů stvoření jako temný prst vystupující ze zářícího plynu.

Odborný astrofyzikální text včetně stavových rovnic, efemerid a spektrální klasifikace.

Profi režim

Orlí mlhovina & Sloupy stvoření (M16, NGC 6611) – Fotoevaporace a astrofyzika hvězdotvorných oblastí

1. Ionizační geometrie a hvězdokupa NGC 6611 #

Komplex Messier 16 (IC 4703) představuje klasický případ asymetrické H II oblasti excitované mladým klastrem hmotných hvězd NGC 6611.
Základním energetickým zdrojem soustavy je asociace extrémních hvězd raných spektrálních typů:

Hvězdokupa obsahuje minimálně čtyři O-hvězdy s efektivní teplotou $T_{\mathrm{eff}} > 35,000,\mathrm{K}$ a počátečními hmotnostmi $M > 30,M_\odot$ .
Nejmasivnější dominantní ionizátor je spektroskopická dvojhvězda HD 168076 (primární složka typu O3.5 V((f)) s odhadovanou hmotností $M \sim 75\text{--}80,M_\odot$ ).
Celková produkce ionizujících fotonů v Lymanově kontinuu ( $h\nu \ge 13{,}6,\mathrm{eV}$ ) dosahuje:

Q_0 = \int_{\nu_0}^\infty \frac{L_\nu}{h\nu} d\nu \approx (1{,}2 \pm 0{,}2) \times 10^{50}\,\mathrm{fotonů\cdot s^{-1}}

Tento obrovský fotonový tok vytváří expandující Strömgrenovu sféru, jejíž ionizační fronta narazila na okraj mateřského obřího molekulárního mračna (Giant Molecular Cloud, GMC).

2. Fyzika fotoevaporace: Hydrodynamika Sloupů stvoření #

Sloupy stvoření jsou chladné molekulární struktury vystavené silnému vnějšímu ozařování (externally illuminated molecular clouds).

Přechod ionizační fronty (D-typ a R-typ) #

Interakce tvrdého UV záření s molekulárním plynem je řízena postupem ionizační fronty.

V hustém molekulárním plynu sloupů ( $n(\mathrm{H}_2) \sim 10^4\text{--}10^5,\mathrm{cm^{-3}}$ ) se ionizační fronta zpomaluje a mění se na D-kritickou frontu, které předchází silná rázová vlna stlačující neutrální plyn.
Na osvětleném povrchu sloupu vzniká tenká přechodová zóna – oblast dominovaná fotony (PDR, Photon-Dominated Region), kde dochází k disociaci molekul $\mathrm{H}_2$ a $\mathrm{CO}$ a ohřevu plynu na teploty $T \sim 1,000,\mathrm{K}$ .
Ionizovaný plyn expanduje do mezihvězdného prostoru jako fotoevaporační tok (photoevaporation flow) s rychlostí srovnatelnou s rychlostí zvuku v ionizovaném médiu:

c_s = \sqrt{\frac{\gamma k_B T_e}{\mu m_p}} \approx 10\text{--}12\,\mathrm{km\cdot s^{-1}}\quad (\text{pro } T_e \approx 8\,500\,\mathrm{K})

Rychlost úbytku hmoty a doba do zániku #

Ztráta hmoty fotoevaporací ze sloupů byla kvantifikována Hesterem et al. (1996) a McCaughreanem (2002):

\dot{M}_{\mathrm{evap}} \approx 2 \pi R_{\mathrm{col}} \rho_{\mathrm{ion}} c_s \approx 70\,M_\odot\,\mathrm{Myr^{-1}}

Při celkové odhadované hmotnosti tří hlavních sloupů $M_{\mathrm{tot}} \approx 200 \pm 50,M_\odot$ (z měření čar $^{12}\mathrm{CO}$ a $^{13}\mathrm{CO}$ interferometrem ALMA) činí zbývající doba života sloupů před jejich úplným rozptýlením:

\tau_{\mathrm{evap}} \approx \frac{M_{\mathrm{tot}}}{\dot{M}_{\mathrm{evap}}} \approx 1\text{--}3 \times 10^6\,\mathrm{let}

3. Kolaps EGGs a Jeansovo kritérium #

V terminálních částech sloupů odhalily snímky HST kompaktní plynné globule (EGGs, Evaporating Gaseous Globules).
Stabilita těchto kondenzací vůči gravitačnímu kolapsu je popsána Bonnor-Ebertovým poloměrem a Jeansovou hmotností:

M_J = \frac{\pi}{6} \rho \lambda_J^3 = \frac{\pi}{6} \left( \frac{5 k_B T}{G \mu m_p} \right)^{3/2} \rho^{-1/2}

Rázová vlna generovaná přetlakem ionizačního toku ( $P_{\mathrm{ion}} \approx 2 n_e k_B T_e \approx 10^{-9},\mathrm{dyn\cdot cm^{-2}}$ ) stlačuje plyn v globulích, čímž snižuje lokální Jeansovu hmotnost z hodnot desítek $M_\odot$ na úroveň stelárních hmotností ( $M_J \sim 0{,}5\text{--}2,M_\odot$ ).
Tento proces, označovaný jako radiativně poháněná imploze (RDI, Radiatively Driven Implosion), přímo indukuje kolaps zárodků a formování nízko- až středněhmotných hvězd populace T Tauri.

4. Spektroskopie JWST: Prachové polycykly a protohvězdné výtrysky #

Pozorování Vesmírného dalekohledu Jamese Webba (přístroje NIRCam a MIRI, 2022) přinesla zásadní průlom v pochopení prachové mineralogie M16:

Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH): Pásy na $3{,}3,\mu\mathrm{m}$ , $6{,}2,\mu\mathrm{m}$ , $7{,}7,\mu\mathrm{m}$ a $11{,}3,\mu\mathrm{m}$ přesně mapují tenkou slupku PDR na rozhraní sloupů, kde PAH molekuly absorbují FUV fotony a fluoreskují v infračervené doméně.
Protohvězdné jety (Herbig-Haro objekty): Vlnové délky $4{,}05,\mu\mathrm{m}$ (vodíková čára Brackett- $\alpha$ ) a $2{,}12,\mu\mathrm{m}$ (vibrační přechod $\mathrm{H}_2,v=1\to 0,S(1)$ ) odhalily desítky kolimovaných bipolárních výtrysků prorážejících prachové stěny sloupů. Tyto výtrysky jsou neklamným důkazem probíhající magnetohydrodynamické akrece na protohvězdy uvnitř zdánlivě klidných prachových kokonů.

Katalogové označení	Messier 16, M16, NGC 6611, IC 4703
Běžný název	Orlí mlhovina & Sloupy stvoření
Typ	Emisní mlhovina (H II oblast) s otevřenou hvězdokupou
Souhvězdí	Had (Serpens Cauda - ocas Hada)
Vzdálenost od Země	cca 5 700 světelných let (1 750 pc)
Zdánlivá jasnost	6,0 mag (hvězdokupa), 6,4 mag (mlhovina)
Úhlový rozměr	30' × 25' obloukových minut (velikost Měsíce)
Lineární rozměr sloupů	cca 4 až 5 světelných let na délku
Stáří hvězdokupy	cca 1 až 3 miliony let (extrémně mladá)
Objevitel	Jean-Philippe de Chéseaux (1745–1746)

Rektascenze ( J2000)	18h 18m 48s
Deklinace ( J2000)	-13° 49′ 00″
Ionizující zdroj	NGC 6611 (čtyři O-hvězdy: O3-O5 V s M > 30 M_☉)
Dominantní ionizátor	HD 168076 (O3.5 V((f)) + O7.5 V binární systém)
Produkce ionizujících fotonů	Q_0 ≈ 1,2 × 10⁵⁰ fotonů / s (Lymanovo kontinuum)
Hmotnost prachoplynných sloupů	M_pillars ≈ 200 M_☉ (v molekulárním plynu CO)
Fotoevaporační rychlost	Ṁ_evap ≈ 70 M_☉ / Myr
Předpokládaná životnost sloupů	τ_life ≈ 1 až 3 miliony let
Hustota v jádrech E G Gs	n(H₂) ≈ 10⁵ až 10⁶ cm⁻³
Ikonické přístroje	HST WFPC2 (1995), HST WFC3 (2014), JWST NIRCam/MIRI (2022)

Orlí mlhovina & Sloupy stvoření (M16, NGC 6611)

Orlí mlhovina & Sloupy stvoření (M16, NGC 6611)

Obsah hesla

Orlí mlhovina & Sloupy stvoření (M16, NGC 6611)

1. Objev a anatomie objektu #

2. Fenomén Sloupy stvoření #

3. Odpařující se plynné globule (EGGs) #

4. Nový pohled: Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) #

5. Jak M16 pozorovat na noční obloze? #

Orlí mlhovina & Sloupy stvoření (M16, NGC 6611) – Fotoevaporace a astrofyzika hvězdotvorných oblastí

1. Ionizační geometrie a hvězdokupa NGC 6611 #

2. Fyzika fotoevaporace: Hydrodynamika Sloupů stvoření #

Přechod ionizační fronty (D-typ a R-typ) #

Rychlost úbytku hmoty a doba do zániku #

3. Kolaps EGGs a Jeansovo kritérium #

4. Spektroskopie JWST: Prachové polycykly a protohvězdné výtrysky #

Literatura a vědecké reference

AstroHub Podpora

Váš nákupní košík

Orlí mlhovina & Sloupy stvoření (M16, NGC 6611)

Obsah hesla

Orlí mlhovina & Sloupy stvoření (M16, NGC 6611)

1. Objev a anatomie objektu #

2. Fenomén Sloupy stvoření #

3. Odpařující se plynné globule (EGGs) #

4. Nový pohled: Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) #

5. Jak M16 pozorovat na noční obloze? #

Orlí mlhovina & Sloupy stvoření (M16, NGC 6611) – Fotoevaporace a astrofyzika hvězdotvorných oblastí

1. Ionizační geometrie a hvězdokupa NGC 6611 #

2. Fyzika fotoevaporace: Hydrodynamika Sloupů stvoření #

Přechod ionizační fronty (D-typ a R-typ) #

Rychlost úbytku hmoty a doba do zániku #

3. Kolaps EGGs a Jeansovo kritérium #

4. Spektroskopie JWST: Prachové polycykly a protohvězdné výtrysky #

Literatura a vědecké reference

Související hesla v AstroWiki

AstroHub Podpora

Váš nákupní košík