Kdo jsme a odkud pocházíme? Tyto otázky si klade i rakouská astrofyzička Josefa Großschedl, která díky programu MERIT Středočeského inovačního centra působí v Astronomickém ústavu Akademie věd ČR. V rozhovoru vysvětluje, co nám o vzniku hvězd prozradila data ze satelitu Gaia, proč je oblast Orionu či asociace Štíra a Kentaura klíčem k pochopení hvězdného zrodu a proč přišla do České republiky.
Jak vznikají hvězdy?
Hvězdy vznikají v obřích molekulárních mracích – hustých, chladných oblastech mezihvězdného plynu a prachu. Možná jste viděli snímky takových mračen, jako jsou mlhoviny v Orionu nebo Carina, které pořídil Hubbleův teleskop nebo vesmírný dalekohled Jamese Webba. Tyto mlhoviny září, protože hmotné mladé hvězdy ionizují okolní plyn.
Když se části oblaku dostatečně zahustí a ochladnou, gravitace překoná vnitřní tlaky způsobené tepelným tlakem nebo turbulencí a spustí kolaps. Vznikne husté jádro, z kterého se zformuje protohvězda obklopená obalem z plynu a prachu. V důsledku zachování momentu hybnosti vzniká kolem mladé hvězdy rotující disk plynu a prachu, tzv. cirkumstelární akreční neboli protoplanetární disk, který přivádí plyn do hvězdy a vznikají z něj planety. Jakmile se jádro protohvězdy dostatečně zhustí, začne jaderná fúze – a zrodí se hvězda.
Přítomnost protoplanetárních disků kolem mladých hvězd také vysvětluje, proč planety v naší Sluneční soustavě leží ve zhruba ploché rovině. Jde o pozůstatky disku, který obklopoval naše protoslunce krátce poté, co se zformovalo v obrovském molekulárním oblaku asi před 4,5 miliardami let.
Jaké fázi vývoje hvězd se věnujete vy?
Cílem mého výzkumu je lépe porozumět ranému dynamickému vývoji mladých hvězd – jak se pohybují, interagují a rozptylují po vzniku. Tato dynamika přímo souvisí s širšími otázkami, které se vztahují k tomu, jak se hvězdy a planetární systémy formují za různých podmínek prostředí. Zaměřuji se na oblasti relativně blízko Slunce – do přibližně 3000 světelných roků. To se může zdát neuvěřitelně daleko, ale pro astronomy je to relativně blízko. Z takto blízkých oblastí můžeme dosáhnout nejvyšší přesnosti. V této vzdálenosti existuje několik významných oblastí, kde se hvězdy tvoří – např. Orion, který se nachází asi 1300 světelných roků od Země a je nejbližším místem aktivní tvorby hmotných hvězd. Hmotné hvězdy jsou ty největší hvězdy ve vesmíru, které jsou minimálně 8 krát hmotnější než naše Slunce. Mohou však být mnohem větší a dosahovat například až 100 hmotností Slunce. Protože k jejich vzniku je zapotřebí velkého množství materiálu, jsou ve vesmíru poměrně vzácné. Zároveň nevznikají ve všech oblastech tvorby hvězd, takže Orion slouží jako klíčová reference pro studium formování a vývoje těchto vzácných obrů.
Zaměřujete se na nějaké konkrétní hvězdy?
Studuji OB asociaci Štíra a Kentaura (zkráceně Sco-Cen), která se nachází u souhvězdí Štíra a Kentaura. OB asociace je volné seskupení relativně mladých a hmotných hvězd, které se řadí mezi hvězdy typu O a B (O, B, A, F, G, K, M jsou názvy hvězdných spektrálních typů, seřazené podle klesající teploty, pozn. red.). Hvězdy typu O a B jsou velmi svítivé a mají krátký život, takže pokud je vidíte, víte, že se díváte na mladou oblast. Sco-Cen je nejbližší OB asociací u Země – je vzdálená pouhých 400-500 světelných roků a stále v ní vznikají hvězdy s nízkou hmotností. To z ní činí ideální laboratoř pro studium vzniku hvězd i jejich rané hvězdné evoluce.
Josefa Großschedl (Foto: Gabriela Goffová, zdroj: SIC)
Satelit Gaia nám dal klíčové dílky do kosmické skládačky
Jaká data používáte pro svůj výzkum?
Hlavní datovou sadu tvoří volně přístupná astrometrická data ze satelitu Gaia, který provozuje Evropská kosmická agentura (ESA). Data z této družice shromažďuje a zpracovává konsorcium Gaia Data Processing and Analysis Consortium (DPAC) ESA. Od roku 2016 proběhla tři hlavní vydání dat, každé z nich přidalo více hvězd a zlepšilo kvalitu dat. Očekávají se další dvě vydání, přičemž první z nich by mělo dorazit koncem roku 2026.
Další data z této družice už mít nebudeme?
Gaia nedávno dokončila svou pozorovací fázi. Během deseti let několikrát prohledala celou oblohu a zjistila spoustu informací. Změřila přesné polohy hvězd i jejich nepatrné pohyby i paralaxu (zdánlivý posun v poloze hvězdy, jak je vidět z různých bodů na oběžné dráze Země), která nám umožňuje měřit hvězdné vzdálenosti, a poslala nám informace o jasnosti a barvě hvězd. Kombinací těchto informací můžeme odvodit další hvězdné vlastnosti, jako je hmotnost nebo věk. Díky sondě Gaia máme dosud nejpřesnější mapu Mléčné dráhy, včetně 3D rozložení mladých hvězd a mezihvězdného plynu a prachu v místní oblasti naší Galaxie.
Jaké jsou nejdůležitější výstupy vašeho výzkumu?
Zjistili jsme, že mladší skupiny hvězd ve Sco-Cen se od starších populací neliší jen věkem, ale vykazují také systematicky rychlejší pohyb směrem ven. V podstatě jde o uspořádanou expanzi. To naznačuje, že k tvorbě hvězd docházelo postupně a směrem zevnitř ven. O tomto scénáři se dříve mluvilo pouze v teoretické rovině, ale nikdy nebyl přímo a jasně pozorován. Gaia nyní poskytla silné pozorovací důkazy pro tento vzorec šíření.
Jde tedy o nový pohled na pohyb a vývoj hvězd?
Ano. Měřením rozptylu jejich rychlostí – jak se hvězdy pohybují vůči sobě navzájem v rámci hvězdných populací – jsme zjistili jasný časový trend: rozptyl (disperze) se v čase zvyšuje, ale ne plynule. Probíhá v diskrétních „skocích“, které se shodují s postupnými epizodami tvorby hvězd. Tento vzorec naznačuje, že každá generace hvězd je také ovlivněna svým okolím, například masivními explozivními událostmi jako jsou výbuchy supernov, které mění dynamiku oblaku a mohou dokonce spustit další formování hvězd stlačováním blízkého plynu. To pak ovlivní dynamiku hvězd, které se později v tomto oblaku tvoří a které dnes měříme. Ve Sco-Cen nyní vidíme závěrečné fáze tohoto procesu, kdy je plyn z velké části rozptýlen a v oblačných zbytcích na okraji oblasti pokračuje pouze tvorba hvězd s nízkou hmotností.
Abych tyto hypotézy ověřila, spolupracuji nyní s kolegy z Astronomického ústavu AV ČR, kteří se specializují na modelování dynamiky plynů. Kombinací pozorovací analýzy s teoretickým modelováním se snažíme přesněji rekonstruovat fyzikální mechanismy, které řídily tento postupně se šířící vznik hvězd. Je to jako skládat kosmickou skládačku – a satelit Gaia nám předal klíčové dílky.
Proč je tento výzkum důležitý?
Když pochopíme jak a proč vznikly hvězdy, pochopíme i náš původ. Každý atom v našem těle byl kdysi součástí hvězdy nebo vznikl v procesech, které jsou poháněny hvězdami. Slunce se formovalo v podobném prostředí, jaké studuji já. Studiem vzniku hvězd tedy získáváme vhled do historie naší Sluneční soustavy a do mechanismů formování planetárních systémů – a následně i života na Zemi a jinde v Galaxii.
Metody, které používáme – od astrometrie na satelitu Gaia až po sofistikovanou analýzu dat – navíc posouvají hranice astrofyziky i datové vědy. Tato souhra má dalekosáhlé dopady, od zdokonalování algoritmů až po rozvoj technik strojového učení.
Foto: Gabriela Goffová, zdroj: SIC
Astrofyzika je hluboce lidská věda
Jaká byla vaše cesta do České republiky na Akademii věd, v níž působíte díky podpoře programu MERIT Středočeského inovačního centra?
Při hledání postdoktorandského místa jsem kontaktovala Richarda Wünsche, jednoho z mých současných školitelů v Astronomickém ústavu, který mi navrhl, abych se přihlásila na stipendium MERIT. Proces hodnocení trval poměrně dlouho, proto jsem mezitím nastoupila na univerzitu v Kolíně nad Rýnem. Působila jsem tam rok a když jsem se dozvěděla, že jsem MERIT stipendium získala, rozhodla jsem se odjet do Česka, protože se díky němu mohu hlouběji soustředit na svůj výzkum. Spolupracuji s odborníky na modelování a simulaci procesu vzniku hvězd, s čímž ještě nemám tolik zkušeností a chci se přiučit další dovednosti.
V rámci programu MERIT také navštívíte instituty v Berlíně a Florencii, čím se tam budete zabývat?
Od října 2025 strávím čtyři měsíce na Technické univerzitě v Berlíně (TU Berlin), kde budu spolupracovat s Dieterem Breitschwerdtem a jeho skupinou. Studují vývoj hmotných hvězd a zkoumají prvky, které při jejich výbuchu vznikají. Zajímají se také o výrony supernov, které mohly dosáhnout naší Sluneční soustavy a následně i Země. Měření poločasu rozpadu železa-60 z hlubokomořských sedimentů ukázalo, že může být staré až 2,5 milionu let a tudíž může pocházet z velmi hmotných hvězd při explozi supernov ve Sco-Cen. Na TU Berlin tak zkombinujeme mé znalosti lokální struktury Mléčné dráhy s odbornými znalostmi v oblasti radioizotopového datování, abychom lépe pochopili vlivy vesmírného počasí na naši Sluneční soustavu.
Co budete studovat na stáži ve Florencii?
V Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) budu pracovat s Germanem Saccem na spektroskopii. Germano je hlavním výzkumníkem pozorovacího programu, kterého jsem také součástí. Program se jmenuje 4MOST a pozorovacím nástrojem je 4metrový multiobjektový spektroskopický dalekohled. Ten provozuje Evropská jižní observatoř (ESO) a bude měřit spektra mnoha hvězd současně, což nám umožní získat např. radiální rychlosti hvězd, které v datech Gaia do značné míry chybí. Dále můžeme odvodit i jejich teplotu, spektrální typ nebo chemické složení. Program průzkumů ESO 4MOST začne příští rok a první data budou k dispozici koncem roku 2026, což je také doba, kdy plánuji absolvovat stáž ve Florencii. Nový spektrograf je v současné době instalován na dalekohledu VISTA na hoře Paranal v Chile. Díky spolupráci s Germanem budu v popředí zveřejňování prvních dat a budu moci získat přímý vhled do technik jejich redukce.
Chtěla byste dalekohled v Chile navštívit?
Už jednou jsem v Chile na pozorování byla. Navštívila jsem Velký dalekohled ESO na Paranalu. Tuto příležitost jsem dostala díky svému bývalému školiteli João Alvesovi ve Vídni, který se snaží dát mladým studentům příležitost navštívit taková pozorovací zařízení. Je to fascinující místo s nádhernou a zářivou noční oblohou, nad sebou krásně vidíte dlouhý pás Mléčné dráhy. Bylo by skvělé se tam znovu podívat. V dnešní době se však mnoho pozorování provádí na dálku a pokud je některý z vašich návrhů na pozorování přijat, provádí jej tým výzkumníků na místě.
Jak dlouho ještě zůstanete v rámci programu MERIT na Astronomickém ústavu AV ČR?
Stipendijní program MERIT trvá 2,5 roku, v Česku tedy zůstanu nejméně do února 2027. V budoucnu bych ráda pokračovala ve zkoumání souvislosti mezi plynem a hvězdami a jak zpětná vazba od hmotných hvězd formuje budoucí vznik hvězd. Mým cílem je také zapojit se do osvětové činnosti, pomáhat s komunikací našeho výzkumu s veřejností a mentorovat studenty, kteří se zajímají o astrofyziku.
Dovedete si představit, že byste i po skončení programu zůstala v České republice? Líbí se vám tu? Jak si stojíme ve srovnání s jinými zeměmi, v nichž jste získala zkušenosti?
Česká akademie věd nabízí dobře organizované a podpůrné pracovní prostředí. Ve srovnání s mými předchozími pracovišti ve Vídni a Kolíně nad Rýnem je skupina na Astronomickém ústavu menší, což umožňuje cílenější spolupráci. Ve Vídni a Kolíně nad Rýnem jsem měla také pedagogické povinnosti, které byly velmi cennou příležitostí k zapojení studentů a rozvoji mých pedagogických dovedností, ale zároveň velmi časově náročné.
Život v Praze byl také obohacující, i když samozřejmě každé místo má svůj vlastní charakter. Někdy mi chybí cyklistická infrastruktura a rozmanitost vegetariánských možností stravování, které jsem si užívala ve Vídni nebo Kolíně nad Rýnem. Byla jsem překvapena, že ČR není více zaměřena na udržitelnost. To jsou aspekty, kterých si osobně velmi cením.
V dlouhodobém horizontu se do Rakouska možná vrátím hlavně z rodinných důvodů, ale můj čas v Praze obohatil a stále obohacuje jak profesionálně, tak osobně, a vážím si zkušeností, které zde získávám.
Foto: Gabriela Goffová, zdroj: SIC
Josefa Großschedl je stipendistkou programu MERIT Středočeského inovačního centra v Astronomickém ústavu Akademie věd ČR (ASU), kde se zabývá výzkumem vzniku hvězd, mladých hvězdokup, jejich dynamickým vývojem a jejich souvislostí s molekulárními oblaky. Dříve pracovala na Vídeňské univerzitě (Rakousko) a na Univerzitě v Kolíně nad Rýnem (Německo). Její dřívější výzkum zahrnoval studium oblasti vzniku hvězd v Orionu – nejbližší masivní oblasti vzniku hvězd k Zemi – která je klíčovou laboratoří pro pochopení vzniku hvězd. V Kolíně nad Rýnem také vyučovala, čímž získala cenné zkušenosti s prací se studenty. Nadále kombinuje výzkum a spolupráci v celé Evropě, aby prohloubila naše chápání toho, jak hvězdy a hvězdokupy vznikají a jakou roli hrají při formování naší Galaxie, Mléčné dráhy.
Autor: Marie Cerhová
Rozhovor vznikl v rámci copywritingové spolupráce, která má za cíl představit program MERIT Středočeského inovačního centra.
