Astronomowie rzucają światło na formowanie się czarnych dziur i galaktyk

Astronomom wydawało się, że supermasywne czarne dziury mają wpływ na formowanie się gwiazd w galaktykach, ale mechanizm tego, jak to się dzieje, do tej pory nie był jasny.

„Supermasywne czarne dziury są urzekające. Zrozumienie, dlaczego i w jaki sposób wpływają one na swoje galaktyki jest wyjątkową zagadką w ich procesie formowania się” – mówi autor badania, Shelley Wright, profesor fizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego.

W badaniu opublikowanym 20 grudnia w Astrophysical Journal, Wright, absolwent Andrey Vayner oraz ich koledzy zbadali energetykę otaczającą potężne wiry generowane przez jasną supermasywną czarną dziurę (znaną jako kwazar), w centrum galaktyki 3C 298 znajdującej się 9,3 miliarda lat świetlnych stąd.

„Badamy supermasywne czarne dziury w bardzo wczesnym Wszechświecie, gdy te aktywnie rosną poprzez gromadzenie ogromnych ilości materii gazowej. Podczas gdy czarne dziury same nie emitują światła, gazowa materia jest podgrzewana do ekstremalnych temperatur, czyniąc je najbardziej świecącymi obiektami we Wszechświecie” – mówi Wright.

Badania zespołu z UC San Diego wykazują, że te wiatry wieją przez całą galaktykę i mają wpływ na wzrost gwiazd. 

Dzisiaj, sąsiednie galaktyki pokazują, że ich masa jest ściśle skorelowana z masą supermasywnej czarnej dziury. Badania Wrighta i Vaynera wskazują, że 3C 298 nie pasuje do normalnego związku skalowania pomiędzy pobliskimi galaktykami a supermasywnymi czarnymi dziurami, które czają się w ich centrum. Ale, jak pokazują ich badania, we wczesnym Wszechświecie galaktyka 3C 298 jest 100 razy mniej masywna, niż powinna być, biorąc pod uwagę masę jej potwornej, supermasywnej czarnej dziury.

Oznacza to, że masa supermasywnej czarnej dziury jest ustalona na długo przed galaktyką, a potencjalna energetyka z kwazaru jest w stanie kontrolować jej wzrost.

Aby przeprowadzić to badanie, naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego wykorzystali wiele najnowocześniejszych obiektów astronomicznych. Pierwszym z nich był instrument Obserwatorium Kecka OSIRIS (OH-Suppressing Infrared Imaging Spectrograph – Spektrograf z obrazowaniem w podczerwieni) oraz zaawansowany system optyki adaptywnej. System ten pozwala naziemnym teleskopom uzyskać obrazy o wyższej jakości, korygując rozmycie spowodowane ziemską atmosferą. Powstałe obrazy są tak dobre, jak te uzyskane z kosmosu.

Drugim ważnym obiektem jest ALMA, międzynarodowe obserwatorium w Chile, które jest w stanie wykryć milimetrowej długości fale używając ponad 66 anten w celu uzyskania w wysokiej rozdzielczości obrazów gazu otaczającego kwazar.

„Najprzyjemniejszą częścią badania tej galaktyki było zebranie wszystkich danych z różnych długości fal i technik. Każdy nowy zbiór danych, który uzyskaliśmy od tej galaktyki, odpowiedział na jedno pytanie i pomógł nam połączyć niektóre elementy układanki. Jednocześnie stworzyły nowe pytania dotyczące natury formowania się galaktyki i supermasywnej czarnej dziury” – powiedział Vayner.   

Wright zgadza się, mówiąc, że zbiory danych z obydwu obserwatoriów, Kecka oraz ALMA, były „niesamowicie wspaniałe”, oferując bogactwo nowych informacji o Wszechświecie.

Odkrycia te są pierwszymi wynikami większego badania odległych kwazarów i ich wpływu energetycznego na powstawanie gwiazd i wzrost galaktyk. Vayner i zespół będą nadal opracowywać wyniki na bardziej odległych kwazarach, wykorzystując nowe urządzenia i możliwości Obserwatorium Kecka i ALMA.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Astronomers Shed Light on Formation of Black Holes and Galaxies

Na zdjęciu: Obraz kwazaru z danych do badań zespołu z Uniwersytetu Kalifornijskiego. Czterokolorowe zdjęcie jest wynikiem zastosowania Obserwatorium Kecka oraz ALMA. Źródło: Vayner i zespół.

Źródło: Obserwatorium Kecka