Jediný graf, který spojuje všechny objekty ve vesmíru: Od asteroidů po černé díry na jedné mapě

Za více než sto let se Hertzsprungův-Russellův diagram stal základním nástrojem pro pochopení životního cyklu hvězd, mapujícím jejich teplotu proti svítivosti. Vesmír je však plný mnohem více než jen hvězd.

Za více než sto let se Hertzsprungův-Russellův diagram stal základním nástrojem pro pochopení životního cyklu hvězd, mapujícím jejich teplotu proti svítivosti. Vesmír je však plný mnohem více než jen hvězd. Nový výzkum publikovaný v časopise Publications of the Astronomical Society of the Pacific, jehož autory jsou Gabriel Steward a Matthew Hedman z University of Idaho, se pokouší vytvořit podobně ucelenou vizuální mapu pro všechny objekty ve vesmíru, tentokrát na základě jejich hustoty a hmotnosti.

Jejich úsilí, nazvané „Cohesive Object Sequence“ (Sekvence soudržných objektů), je založeno na grafu hustoty více než 2 000 astronomických objektů v závislosti na jejich hmotnosti. Zahrnuje objekty od malých asteroidů, jako je Itokawa, až po modré veleobří hvězdy a pokrývá úžasných 12 řádů velikosti. Autoři se zaměřili pouze na „soudržné objekty“, které definují jako jakékoli astronomické těleso s relativně dobře definovaným povrchem, vzniklým přímými fyzikálními interakcemi jeho složek. To vylučuje například mlhoviny a galaxie, ale zajímavě zahrnuje černé díry, neboť autoři argumentují, že horizont událostí funguje jako jedinečná, dobře definovaná fyzická hranice, i když není tvořen tradiční hmotou. Graf, který vychází z dat 2 157 objektů, odhaluje zajímavé souvislosti a zlomové body, které nejsou jinak v astronomických pozorováních zřejmé.

Na spodním konci stupnice se hustota asteroidů a komet poměrně lineárně zvyšuje s jejich hmotností, jelikož gravitace stlačuje jejich typicky porézní struktury. Graf také ukazuje velmi malý přechodový bod, kde objekt přestává vypadat jako „brambora“ (tj. nepravidelný) a začíná být spíše kulovitý. Tento přechodový bod leží mezi Vestou, největším známým nepravidelným objektem (4,3 x 10^-5 hmotnosti Země), a Saturnovým měsícem Mimas, nejmenším známým kulovitým objektem (6,3 x 10^-6 hmotnosti Země). Rozdíl v jejich velikosti a očekávaném tvaru pramení z jejich materiálového složení – Mimas je téměř celý tvořen vodním ledem, který je relativně tvárný a snadno se zaobluje, zatímco Vesta je skalnatá a hustá, ale nemá dostatečnou gravitační sílu, aby skálu rozdrtila do kulovitého tvaru.

Při posunu k planetárním hmotnostem existují tři odlišné oblasti: terestrické světy (jako Země), světy bohaté na těkavé látky (jako ledoví obři naší sluneční soustavy Uran a Neptun) a plynoví obři (jako Saturn a Jupiter). Terestrické planety vykazují typický lineární nárůst velikosti s hmotností. U planet bohatých na těkavé látky však platí, že čím jsou masivnější, tím nižší je jejich hustota, což obrací dosavadní trend v grafu. Kolem 100 hmotností Země se sekvence opět přepne na pozitivní korelaci pro plynové obry. Jedním z pozoruhodných rysů grafu je absence jasného rozlišení mezi supervelkými plynovými obry a nejmenší formou „hvězdy“ – hnědými trpaslíky. Navzdory tomu, že je astronomové kategorizují odlišně (protože hnědí trpaslíci mohou alespoň po určitou dobu fúzovat deuterium), na grafu hmotnosti/hustoty jsou hnědí trpaslíci v podstatě nerozeznatelní od supermasivních plynových obrů. Lineární trend směrem nahoru pokračuje až do okamžiku, kdy je dosaženo hmotnosti potřebné k zapálení fúze vodíku a zrození skutečné hvězdy. To koreluje s „Kraftovým zlomem“, klíčovým momentem ve hvězdné fyzice, kdy hvězdy přecházejí z konvektivního režimu (kde plazma přenáší teplo z jádra) na radiační (kde teplo z jejich vnitřních motorů vyzařuje jako světlo). Po tomto bodě křivka hustoty/hmotnosti prudce klesá.