Międzynarodowy zespół astronomów dokonał przełomowego odkrycia: aktywne czarne dziury w galaktykach karłowatych występują znacznie częściej niż wskazywały poprzednie obserwacje.
Wyniki stanowią najobszerniejsze badanie dotyczące rozpowszechnienia aktywnych jąder galaktyk przeprowadzone do tej pory. Astronomowie przeanalizowali ponad 8 tysięcy pobliskich galaktyk, korzystając z najnowszych metod analizy danych optycznych, podczerwonych i rentgenowskich. Wyniki były zaskakujące: okazało się, że aktywne czarne dziury znajdują się w 20–50 procent galaktyk karłowatych, podczas gdy poprzednie badania sugerowały zaledwie około 10 procent.
Wyniki tej pracy przedstawiono na 247. dorocznym spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Phoenix. Czarna dziura to jeden z najbardziej fascynujących obiektów we Wszechświecie, a jej znaczenie dla ewolucji galaktyk trudno przecenić. Odkrycie to rzuca nowe światło na procesy formowania się i wzrostu tych kosmicznych potworów.
Tajemnica przejścia między małymi a średnimi galaktykami
Jeszcze bardziej intrygujące jest to, co astronomowie zaobserwowali pomiędzy galaktykami karłowatymi a galaktykami o średniej masie, czyli porównywalnej z naszą Drogą Mleczną. W średnich galaktykach aktywne czarne dziury stanowią 16–27 procent populacji, zaś w dużych galaktykach odsetek ten wzrasta do 20–48 procent. Ta nagła zmiana stawia naukę przed zupełnie nowym pytaniem.
Mugdha Polimera, astronom z Centrum Astrofizyki i główna autorka badania, podkreśliła znaczenie tego odkrycia: Ten gwałtowny wzrost aktywności czarnych dziur między galaktykami karłowatymi a galaktykami o średniej mówi nam, że coś istotnie się zmienia między tymi dwiema kategoriami. Może to być zmiana w samych galaktykach albo oznaka, że wciąż nie wykrywamy wszystkiego w mniejszych galaktykach i potrzebujemy lepszych metod detekcji. W każdym razie to nowy ślad, którego nie możemy zignorować.
Jak naukowcy przeniknęli blask procesów gwiazdotwórczych
Największą przeszkodą w poprzednich badaniach było to, że intensywne formowanie się gwiazd w galaktykach utrudnia obserwacje słabych sygnałów pochodzących z aktywnych czarnych dziur. Międzynarodowy zespół zastosował zaawansowane techniki przetwarzania danych, które pozwoliły przeniknąć przez blask intensywnych procesów gwiazdotwórczych i wyodrębnić słabe ślady aktywności czarnych dziur.
Sheila J. Kannappan, profesor fizyki i astronomii na Uniwersytecie Północnej Karoliny oraz współautorka badania, wyjaśnił: Przeniknięcie się przez blask formowania się gwiazd ujawnia masywne czarne dziury, które umknęły naszej uwadze w galaktykach karłowatych, ale wciąż próbujemy zrozumieć, dlaczego czarne dziury stają się nagle znacznie bardziej powszechne w galaktykach takich jak nasza.
Droga Mleczna powstała z fuzji mniejszych galaktyk
Odkrycie to nabiera szczególnego znaczenia, gdy weźmiemy pod uwagę naszą własną Drogę Mleczną. Przeważająca hipoteza w kosmologii głosi, że nasza Galaktyka powstała w wyniku słabych lub silnych fuzji wielu mniejszych galaktyk na przestrzeni miliardów lat. Jeśli ta teoria jest słuszna, to masywne czarne dziury z tych mniejszych galaktyk powinny się połączyć, tworząc supermasywną czarną dziurę w centrum naszej Drogi Mlecznej – Sagittarius A*.
Kannappan podkreślił to połączenie: Uważamy, że Droga Mleczna powstała z połączenia wielu mniejszych galaktyk, więc masywne czarne dziury w galaktykach karłowatych powinny były się połączyć, aby utworzyć supermasywną czarną dziurę naszej Galaktyki. Te wyniki są niezbędne do testowania modeli pochodzenia czarnych dziur i ich roli w kształtowaniu galaktyk.
Implikacje dla zrozumienia formowania się czarnych dziur
Nowe odkrycia rzucają światło na fundamentalne pytania dotyczące tego, jak czarne dziury się tworzą i rozwijają. Czy powstają one z bezpośredniego w wyniku zapadnięcia się pierwotnych gwiazd? Czy mogą być pozostałościami pierwszych gwiazd? Czy ich masy są związane z masą ich macierzystych galaktyk w jakiś szczególny sposób? Te pytania pozostawały bez odpowiedzi przez dziesięciolecia.
Nowy przegląd jest jednak przybliżony, gdyż intensywne formowanie gwiazd w galaktykach może nadal maskować słabe sygnały z aktywnych czarnych dziur. W miarę jak obserwacje będą się stawać bardziej kompletne, zespół naukowców podejrzewa, że liczby te się zmienią. Oznacza to, że przed astronomią czeka jeszcze wiele pracy w tym kierunku.
Dostęp do danych dla całej społeczności naukowej
Godnym uwagi aspektem tego badania jest zaangażowanie zespołu w przejrzystość i powtarzalność badań. Naukowcy aktualnie udostępniają przetworzone dane z przeglądu, aby umożliwić innym badaczom odtworzenie wyników i rozszerzenie tej pracy na inne galaktyki lub okresy czasu.
Odkrycie to stanowi znaczący krok w zrozumieniu Wszechświata i roli, jaką czarne dziury pełnią w ewolucji galaktyk. W erze coraz bardziej zaawansowanych teleskopów nowe dane będą napływały szybciej niż kiedykolwiek. Dlatego właśnie międzynarodowa współpraca i dostęp do danych dla całej społeczności naukowej są tak istotne.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
Źródło: CfA
Na ilustracji: Ta artystyczna wizja ukazuje migawkę rozmiarów galaktyk i częstości występowania w nich czarnych dziur. Galaktyki karłowate są przedstawione jako małe, niebieskie, puszyste galaktyki, galaktyki wielkości Drogi Mlecznej są pokazane na fioletowo, a duże galaktyki na czerwono. Źródło: CfA/Melissa Weiss
