Fajerwerki z czarnej dziury w sąsiedniej galaktyce

Świętując 4 lipca, Amerykanie bawili się przy oślepiających światłach i grzmiących falach uderzeniowych z eksplodujących fajerwerków. Wydarzenie w podobnym stylu zaobserwowały w galaktyce M106 Kosmiczny Teleskop Spitzera, Chandra X-ray Observatory oraz Kosmiczny Teleskop Herschela.

Energetyczne dżety, wydmuchiwane z centralnej czarnej dziury wewnątrz M106, podgrzewają materię w galaktyce, co sprawia, że się „żarzy”, podobnie jak fajerwerki. Dżety zasilają również fale uderzeniowe wyrzucające gaz z wnętrza galaktyki. Gaz ten stanowi paliwo w produkcji nowych gwiazd. Według nowych badań szacuje się, że fale uderzeniowe ogrzały i wyrzuciły już 2/3 gazu z centrum M106. Przy zmniejszonej zdolności do narodzin nowych gwiazd, M106 wydaje przemieniać się w pustkowie, tak zwaną galaktykę soczewkowatą, pełną starych, czerwonych gwiazd. Galaktyki soczewkowate są płaskimi dyskami, bez widocznych ramion spiralnych.

„Dżety z czarnej dziury wewnątrz M106 mają ogromny wpływ na gaz ważny w tworzeniu się gwiazd w tej galaktyce. Proces ten może ostatecznie przekształcić spiralną galaktykę M106 w galaktykę soczewkowatą, pozbawiając ją surowca do produkcji nowych gwiazd” – powiedział Patrick Ogle, astrofizyk w Infrared Processing and Analysis Center z California Institute of Technology w Pasadenie.
Wiele galaktyk posiada w swoim centrum czarną dziurę, która aktywnie „karmi się” pobliskim gazem. Część materii, zwracając się w kierunku czarnej dziury, znacznie przyspiesza, i jest gwałtownie wypluwana jako pojedyncze dżety blisko jej biegunów. Jako jeden z najbliższych sąsiadów Drogi Mlecznej, M106 gwarantuje wspaniałą okazję do zbadania tych potężnych strumieni. M106 – znana również jako NGC 4258 – oddalona jest od nas o 23,5 mln lat świetlnych, widoczna w gwiazdozbiorze Psów Gończych.

W nowych badaniach naukowcy wykorzystali dane z Kosmicznego Teleskopu Spitzera, obserwującego w podczerwieni. Ilość danych na mapie światła podczerwonego emitowana jest przez ogrzewane cząsteczki wodoru w M106, co oznacza, że wywodzą się one z centralnej czarnej dziury zasilającej otaczający ją dysk galaktyczny. Konkretnie, Spitzer zobaczył ogrzewany wodór w dwóch tajemniczych ramionach spiralnych, z których słynie M106. Ramiona te nie są jak typowe, wypełnione gwiazdami w galaktykach spiralnych, takich jak nasza Droga Mleczna. W poprzednim badaniu z teleskopów Spitzer i Chandra, naukowcy odkryli, że bliźniacze dżety z czarnej dziury stworzyły anormalne ramiona, które zawierają gaz podgrzewany do milionów stopni, świecący w promieniach rentgenowskich, wykrywanych przez teleskop Chandra.

W wewnętrznych częściach anormalnych ramion spiralnych, podczerwone zdjęcia ze Spitzera wykazały, że cząsteczki wodoru o równowartości 10 milionów mas Słońca są podgrzewane od -28 do +760 stopni Celsjusza przez fale uderzeniowe. Bez fal uderzeniowych gaz ten byłby chłodniejszy. Z bezpośredniego porównania zdjęć ze Spitzera i Chandra, Ogle i jego koledzy zobaczyli, że istnieje ścisły związek między gazem, który jest podgrzany do milionów stopni, widziany przez Chandrę, i większą gęstością wodoru podgrzanego do kilkuset stopni, widzianego przez Spitzera. Dżet jest otoczony przez kokon super gorącego gazu, który napędza fale uderzeniowe do otaczających cząsteczek wodoru, jakby wystrzeliwał fajerwerki. Następnie cząsteczki wodoru nagrzewają się, emitując światło podczerwone, które rejestruje Spitzer, i są wyrzucane z wypełnionego gazem galaktycznego wnętrza.

„Stosunkowo duża ilość emisji od cząsteczek gazu w porównaniu do emisji od pyłu potwierdza, że turbulencje napędzane falami uderzeniowymi z dżetów czarnej dziury podgrzewają molekuły gazu” – powiedział Philip Appleton z NASA Herschel Science Center w Caltech.

Spitzer i Herschel były również w stanie ocenić poziom aktywności formowania się gwiazd w regionie centralnym M106. Szybkość powstawania gwiazd w wewnętrznych strefach M106 będzie nadal spadać, aż dżety wyrzucą cały gaz z centrum galaktyki, przemieniając M106 w galaktykę soczewkowatą.

„Nasze wyniki wskazują, że dżety z czarnych dziur mogą mieć znaczący wpływ na ewolucję ich macierzystych galaktyk, ostatecznie sterylizując je i czyniąc pozbawionymi gazu niezbędnego do formowania się gwiazd” – powiedział Ogle.

Więcej informacji:


Opracowanie: Agnieszka Nowak

Źródło: NASA / JPL

Na zdjęciu:
Galaktyka M106 - złożenie obserwacji w różnych długościach fali. Źródło: NASA/CXC/JPL-Caltech/STScI/NSF/NRAO/VLA.