„Czerwone bryłki” galaktycznym złotem dla astronomów

Około dziesięć lat temu astronomowie odkryli populację małych, ale masywnych galaktyk zwanych „czerwonymi bryłkami”. Nowe badania wykonane przy użyciu obserwatorium rentgenowskiego Chandra wskazują, że czarne dziury wyciszają formowanie się gwiazd w tych galaktykach i mogły użyć część niewykorzystanego gwiezdnego paliwa do uzyskania niezwykle masywnych proporcji.

Czerwone bryłki zostały odkryte przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a w dużych odległościach od Ziemi, co odpowiada czasowi około 3-4 miliardów lat po Wielkim Wybuchu. Są to pozostałości po pierwszych masywnych galaktykach, które powstały w ciągu zaledwie miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Astronomowie uważają, że są one przodkami olbrzymich galaktyk eliptycznych widzianych w lokalnym Wszechświecie. Masy czerwonych bryłek są podobne do mas olbrzymich galaktyk eliptycznych, ale mają zaledwie 20% ich wielkości. 

Podczas, gdy większość czerwonych bryłek w ciągu miliardów lat połączyła się z innymi galaktykami, mała ich liczba przetrwała tę długą historię praktycznie nietknięta. Stanowią one więc doskonałą sposobność do zbadania, w jaki sposób galaktyki oraz supermasywne czarne dziury w ich jądrach zachowywały się przez miliardy lat izolacji.

Po raz pierwszy Chandra została wykorzystana do badania gorącego gazu w dwóch izolowanych czerwonych bryłkach, oznaczonych MRK 1216 i PGC 032673. Znajdują się one w odległości odpowiednio 295 i 344 mln lat świetlnych od Ziemi, a nie miliardy lat świetlnych, jak ma to miejsce w przypadku pierwszych tego typu znanych obiektów. Gorący gaz emitujący promieniowanie zawiera ślady aktywności generowanej przez supermasywne czarne dziury w każdej z tych galaktyk.

Astronomowie od dawna wiedzą, że materia opadająca w kierunku czarnej dziury może zostać przekierowana na zewnątrz z dużą prędkością pod wpływem intensywnej grawitacji oraz pola magnetycznego. Te szybkie dżety mogą tłumaczyć powstawanie gwiazd. 

Temperatura gorącego gazu jest wyższa w centrum galaktyki MRK 1216, w porównaniu z jej otoczeniem, co wskazuje na niedawne ogrzewanie przez czarną dziurę. Obserwowana jest również emisja radiowa z centrum galaktyki, co jest oznaką dżetów pochodzących z okolic czarnych dziur. Wreszcie emisja promieniowania rentgenowskiego z okolic czarnej dziury jest około sto milionów razy mniejsza, niż teoretyczny limit tempa wzrostu czarnej dziury, zwany granicą Eddingtona, gdzie zewnętrzne ciśnienie promieniowania jest równoważone przez zewnętrzne przyciąganie grawitacyjne. Ten niski poziom emisji promieniowania X jest typowy dla czarnych dziur produkujących dżety. Wszystkie te czynniki dostarczają mocnych dowodów na to, że aktywność generowana przez supermasywne czarne dziury w tych czerwonych galaktykach powstrzymuje formowanie się nowych gwiazd.

Może istnieć jeszcze inny związek pomiędzy gorącym gazem i czarnymi dziurami. Autorzy sugerują, że duża część mas czarnych dziur mogła pochodzić z gorącego gazu otaczającego obydwie galaktyki. Czarne dziury w MRK 1216 i PGC 032673 należą do najmasywniejszych znanych we Wszechświecie, z szacowanymi masami ok. 5 miliardów Słońc. Szacunki te zostały oparte na optycznych obserwacjach prędkości gwiazd w pobliżu centrów obu galaktyk. Masa czarnej dziury w MRK 1216, i prawdopodobnie tej w PGC 032673, stanowi kilka procent łącznej masy wszystkich gwiazd w centralnych regionach tych galaktyk, podczas gdy w większości galaktyk stosunek ten wynosi około dziesięć razy mniej.

Ponadto, gorący gaz wewnątrz oraz wokół PGC 032673 jest blisko dziesięć razy słabszy, niż ten w oraz wokół MRK 1216. Ponieważ wydaje się, że obie galaktyki ewoluowały w izolacji przez ostatnie 13 miliardów lat, różnica ta mogła powstać w wyniku bardziej drastycznych wybuchów w przeszłości z czarnej dziury w PGC 032673, która wyrzuciła więcej gorącego gazu.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
'Red Nuggets' are Galactic Gold for Astronomers

Źródło: Chandra