Zespół naukowców odkrył aktywność rentgenowską, która rzuca światło na ewolucję galaktyk.
Obserwacje rentgenowskie ujawniają ogromne chmury zimnego gazu w galaktyce spiralnej NGC 4945. Wydaje się, że gaz przedostał się przez galaktykę po wybuchu jej centralnej supermasywnej czarnej dziury około 5 milionów lat temu.
W społeczności naukowej trwa debata na temat tego, jak ewoluują galaktyki – powiedziała Kimberly Weaver, astrofizyk z Goddard Space Fly Center NASA, która kierowała pracami. Znajdujemy supermasywne czarne dziury w centrach prawie wszystkich galaktyk wielkości Drogi Mlecznej, a otwartą kwestią jest to, jak duży wpływ mają one w porównaniu z efektami formowania się gwiazd. Badania pobliskich galaktyk, takich jak NGC 4945, które naszym zdaniem znajdują się w okresie przejściowym, pomaga nam budować lepsze modele tego, w jaki sposób gwiazdy i czarne dziury powodują zmiany galaktyczne.
NGC 4945 to galaktyka aktywna znajdująca się w odległości około 13 milionów lat świetlnych w kierunku konstelacji Centaura.
Galaktyka aktywna charakteryzuje się niezwykle jasnym i zmiennym centrum zasilanym przez supermasywną czarną dziurę. Ta czarna dziura ogrzewa otaczający ją dysk z gazu i pyłu poprzez siły grawitacyjne i tarcia. Stopniowo pochłania ona otaczającą materię, co prowadzi do losowych fluktuacji światła emitowanego przez dysk. Podobnie jak w przypadku większości galaktyk aktywnych, czarna dziura i dysk NGC 4945 są otoczone gęstym obłokiem pyłu nazywanym torusem, który blokuje część tego światła.
Jądra aktywnych galaktyk mogą również napędzać strumienie szybkich cząstek i generować silne wiatry zawierające gaz i pył.
NGC 4945 jest także galaktyką gwiazdotwórczą, co oznacza, że tworzy gwiazdy w znacznie szybszym tempie niż nasza własna. Naukowcy szacują, że każdego roku produkuje ona masę odpowiadającą 18 gwiazdom podobnym do naszego Słońca, czyli prawie trzy razy więcej niż w przypadku Drogi Mlecznej. Prawie wszystkie formujące się gwiazdy koncentrują się w centrum galaktyki. Proces tworzenia gwiazd trwa od 10 do 100 milionów lat, kończąc się dopiero wtedy, gdy wyczerpią się surowce niezbędne do produkcji gwiazd.
Weaver i jej zespół przyjrzeli się NGC 4945 korzystając z satelity XMM-Newton. W swoich danych zaobserwowali coś, co naukowcy nazywają „żelazną linią K-alfa”. Ta właściwość pojawia się, gdy bardzo energetyczne światło rentgenowskie z dysku czarnej dziury spotyka się z zimnym gazem w innym miejscu. (Gaz ma temperaturę około -200°C). Żelazna linia jest powszechna w galaktykach aktywnych, ale do czasu tych obserwacji naukowcy uważali, że występuje ona w skali znacznie bliższej czarnej dziurze.
Chandra zmapował żelazną linię K-alfa w innych galaktykach. W tym przypadku pomogła nam zbadać poszczególne jasne źródła promieniowania rentgenowskiego w obłoku, aby pomóc nam wykluczyć inne potencjalne źródła poza czarną dziurą – powiedziała Jenna Cann, współautorka i doktorantka Goddard. Ale linia NGC 4945 rozciąga się tak daleko od jej centrum, że potrzebowaliśmy szerokiego pola widzenia XMM-Newton, aby zobaczyć ją całą.
Ponieważ z naszego punktu widzenia NGC 4945 jest nachylona niemalże krawędzią, satelita XMM-Newton był w stanie zmapować zasięg linii żelaza zarówno wzdłuż, jak i powyżej płaszczyzny galaktyki, śledząc ją odpowiednio do 32 000 i 16 000 lat świetlnych – o rząd wielkości dalej niż wcześniej obserwowane linie żelaza.
Zespół naukowców uważa, że zimny gaz podświetlony przez linię jest pozostałością po strumieniu cząstek wybuchającym z centralnej czarnej dziury galaktyki około 5 milionów lat temu. Strumień ten był prawdopodobnie skierowany w głąb galaktyki, a nie w przestrzeń kosmiczną, napędzając potężny wiatr, który nadal przepycha zimny gaz przez galaktykę. Mógł on nawet wywołać obecny proces gwiazdotwórczy.
Weaver oraz jej zespół będą kontynuować obserwacje NGC 4945 w celu odkrycia innych sposobów, w jakie czarna dziura wpływa na ewolucję galaktyki. Promieniowanie rentgenowskie z dysku, które obecnie podświetla zimny gaz, może również zacząć go rozpraszać. Ponieważ gwiazdy potrzebują tego gazu do formowania się, naukowcy mogą być w stanie zmierzyć, w jaki sposób aktywność wokół galaktycznej czarnej dziury może wygasić fazę gwiazdotwórczą.
Istnieje wiele dowodów wskazujących na to, że czarne dziury odgrywają ważną rolę w niektórych galaktykach, determinując ich historie formowania się gwiazd i ich przeznaczenie – powiedział współautor Edmund Hodges-Kluck, astrofizyk z Goddard. Badamy wiele galaktyk, takich jak NGC 4945, ponieważ podczas gdy fizyka jest prawie taka sama w przypadku każdej czarnej dziury, ich wpływ na galaktyki jest bardzo zróżnicowany. XMM-Newton pomógł nam odkryć galaktyczną skamielinę, w przypadku której nie wiedzieliśmy, czego szukać – ale prawdopodobnie jest ona tylko pierwszą z wielu.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
Źródło: NASA
Na ilustracji: Na tym zdjęciu miejsca aktywnych procesów gwiazdotwórczych pojawiają się jako jasnoróżowe. AGN jest w większości ukryte za obłokiem pyłu. Źródło: ESO
