Przejdź do treści

Jak czarne dziury kształtują galaktyki

img

Dane z obserwatorium rentgenowskiego XMM-Newton ujawniły, w jaki sposób supermasywne czarne dziury kształtują swoje macierzyste galaktyki posiadające silne wiatry, które omiatają materię międzygwiazdową.

W nowym badaniu naukowcy przeanalizowali osiem lat obserwacji czarnej dziury w centrum aktywnej galaktyki znanej jako PG 1114+445, wykonanych przez obserwatorium XMM-Newton, pokazując przy tym, jak skrajnie szybkie wiatry – wypływ gazu emitowanego z dysku akrecyjnego bardzo bliskiego czarnej dziury – oddziałują z materią międzygwiazdową w centralnych częściach galaktyki. Wypływy te zostały wykryte wcześniej, ale nowe badanie po raz pierwszy wyraźnie określa trzy fazy ich interakcji z galaktyką gospodarzem.

„Wiatry te mogą wyjaśnić zaskakujące korelacje, o których naukowcy wiedzą od lat, ale nie potrafili ich wyjaśnić. Widzimy na przykład korelację między masami supermasywnych czarnych dziur a dyspersją prędkości gwiazd w wewnętrznych częściach ich galaktyk-gospodarzy. Ale nie ma sposobu, aby mogło to wynikać z efektu grawitacyjnego czarnej dziury. Nasze badanie po raz pierwszy pokazuje, jak te wiatry z czarnej dziury wpływają na galaktykę na większą skalę, prawdopodobnie dostarczając brakujące połączenie” – powiedział główny autor pracy Robert Serafinelli z National Institute of Astrophysics w Mediolanie, Włochy.

Astronomowie wcześniej wykryli dwa rodzaje odpływów w widmach rentgenowskich emitowanych przez aktywne jądra galaktyczne, zwarte centralne obszary galaktyk, o których wiadomo, że zawierają supermasywne czarne dziury. Tak zwane ultraszybkie odpływy (ultra-fast outflows - UFO), wytworzone z wysoko zjonizowanego gazu, poruszają się z prędkością do 40% prędkości światła i są obserwowane w pobliżu centralnej czarnej dziury.

Wolniejsze odpływy przemieszczają się z dużo mniejszymi prędkościami setek km/s i mają podobne właściwości fizyczne – takie jak gęstość cząsteczek i jonizacja – do otaczającej materii międzygwiazdowej. Te wolniejsze odpływy są częściej wykrywane w większych odległościach od centrów galaktyk.

W nowym badaniu naukowcy opisują trzeci typ odpływu, który łączy cechy dwóch poprzednich: ultraszybkie prędkości i właściwości fizyczne absorbera.

To prawdopodobnie odbywa się w odległości dziesiątek do setek lat świetlnych od czarnej dziury. UFO stopniowo wypychają materię międzygwiezdną z centralnych części galaktyki, oczyszczając ją z gazu i spowalniając narastanie materii wokół supermasywnej czarnej dziury.

Podczas, gdy modele przewidywały wcześniej tego typu interakcje, obecne badanie jest pierwszym, które przedstawia rzeczywiste obserwacje trzech faz.

„W danych z XMM-Newton możemy zobaczyć materię w większych odległościach od centrum galaktyki, która nie została jeszcze zakłócona przez wewnętrzne UFO. Możemy także zobaczyć obłoki bliżej czarnej dziury, w pobliżu jądra galaktyki, gdzie UFO zaczęły wchodzić w interakcje z materią międzygwiazdową” – Francesco Tombesi z Uniwersytetu Rzymskiego.

Ta pierwsza interakcja ma miejsce wiele lat po tym, jak UFO opuściły czarną dziurę. Jednak energia UFO umożliwia stosunkowo małej czarnej dziurze silny wypływ materii daleko poza zasięg jej siły grawitacji.

Zdaniem naukowców supermasywne czarne dziury przenoszą swoją energię do otaczającego środowiska poprzez te odpływy i stopniowo oczyszczają centralne obszary galaktyki z gazu, który mógłby następnie zatrzymać formowanie się gwiazd. W rzeczywistości dzisiejsze galaktyki wytwarzają gwiazdy znacznie rzadziej niż kiedyś we wczesnych stadiach ich ewolucji.

Więcej danych w przyszłości pomoże szczegółowo rozwikłać złożone interakcje między supermasywnymi czarnymi dziurami a ich galaktykami-gospodarzami i wyjaśnić spadek formowania się gwiazd w ciągu miliardów lat, który astronomowie obserwowali.

Więcej:
How Black Holes Shape Galaxies

Multiphase quasar-driven outflows in PG 1114+445

Źródło: ESA

Na zdjęciu: Wypływ z czarnej dziury. ESA/ATG medialab