Supermasywne czarne dziury przerastają swoje galaktyki

Wzrost największych czarnych dziur we Wszechświecie jest szybszy, niż tempo powstawania gwiazd w ich galaktykach – wynika z badań wykorzystujących dane z Obserwatorium Chandra oraz z innych teleskopów.

Przez wiele lat astronomowie gromadzili dane na temat powstawania gwiazd w galaktykach i wzrost supermasywnych czarnych dziur. Dane te sugerują, że czarne dziury oraz gwiazdy w galaktykach macierzystych rosną wspólnie w tandemie.

Odkrycia dwóch niezależnych zespołów wskazują, że czarne dziury w masywnych galaktykach rosły znacznie szybciej, niż w tych mniej masywnych.

„Próbujemy zrekonstruować wyścig, który rozpoczął się miliardy lat temu. Wykorzystujemy nadzwyczajne dane z różnych teleskopów aby dowiedzieć się, jak rozwinęła się ta kosmiczna konkurencja” – powiedział Guang Yang z Penn State, który kierował jednym z dwóch badań. 

Wykorzystując duże ilości danych pochodzących z obserwatorium rentgenowskiego Chandra, Kosmicznego Teleskopu Hubble’a oraz innych obserwatoriów, Yang i jego koledzy badali tempo wzrostu czarnych dziur w galaktykach odległych od 4,3 do 12,2 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Dane rentgenowskie zawierały przeglądy z Deep Field-South & North Chandra oraz COSMOS-Legacy.

Naukowcy obliczyli stosunek prędkości wzrostu supermasywnej czarnej dziury do tempa powstawania gwiazd w ich galaktykach macierzystych. Powszechnie uważa się, że stosunek ten jest w przybliżeniu stały dla wszystkich galaktyk.

Jednak Yang i współpracownicy stwierdzili, że ten stosunek jest znacznie wyższy dla masywnych galaktyk. Dla tych o masie 100 miliardów mas Słońca stosunek ten jest około dziesięciokrotnie wyższy, niż dla galaktyk z masą ok. 10 miliardów mas Słońca.

Inna grupa naukowców niezależnie znalazła dowody na to, że wzrost najbardziej masywnych czarnych dziur przewyższył wzrost gwiazd w ich macierzystych galaktykach. Mar Mezcua z Instytutu Nauk Kosmicznych w Hiszpanii oraz jej koledzy badali czarne dziury w najjaśniejszych i najbardziej masywnych galaktykach we Wszechświecie. Badali 72 galaktyki znajdujące się w centrum gromady galaktyk w odległościach do około 3,5 miliarda lat świetlnych od Ziemi. W badaniu wykorzystali dane rentgenowskie z Chandra oraz dane radiowe z Australia Telescope Compact Array, Karl G. Jansky Very Large Array i Very Long Baseline Array.

Mezcua i jej koledzy oszacowali masę czarnych dziur w tych gromadach galaktyk, stosując dobrze znane powiązanie pomiędzy masą czarnej dziury i promieniowaniem rentgenowskim oraz emisją radiową związaną z czarną dziurą. Okazało się, że masy czarnych dziur są dziesięciokrotnie większe, niż masy oszacowane inną metodą, przyjmując założenie, że czarne dziury i gwiazdy rosły wspólnie.

Naukowcy odkryli, że prawie połowa czarnych dziur z ich próbek miała masy szacowane na co najmniej 10 miliardów mas Słońca. To stawia je w kategorii wagi ekstremalnej, którą niektórzy astronomowie nazywają „ultramasywnymi” czarnymi dziurami.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Supermassive Black Holes Are Outgrowing Their Galaxies

Źródło: Chandra

Na zdjęciu: Obraz przedstawia zdjęcie z Chandra Deep Field-South. Obraz Chandra (niebieski) jest najgłębszym z dotychczas uzyskanych w promieniach X. Został połączony z obrazem z obrazem w widmie optycznym i podczerwonym z HST, w kolorze czerwonym, zielonym i niebieskim. Źródło: Rentgenowskie: NASA/CXC/Penn. State/G. Yang i inni oraz NASA/CXC/ICE/M. Mezcua i inni.; Optyczne: NASA/STScI; Ilustracja: NASA/CXC/A. Jubett