Naukowcy przeprowadzili badania z wykorzystaniem danych z teleskopu ALMA, aby zrozumieć, jak supermasywne czarne dziury wpływają na swoje galaktyki macierzyste.
Supermasywne czarne dziury w centrach galaktyk odgrywają ważną rolę w regulowaniu ich wzrostu, ale wciąż nie wiemy dokładnie, jak to się dzieje i w jakich okolicznościach. Wiemy natomiast, że dzieje się to w fazie, gdy czarna dziura zużywa materię z galaktyki w dużym tempie, a jej masa szybko rośnie. Podczas tej fazy mówimy, że galaktyka ma aktywne jądro (AGN).
Te okresy aktywności jądra mogą się powtarzać, dopóki istnieje gaz, który może zasilać czarną dziurę. Jednym z jej efektów są wiatry gazowe wyrzucane na zewnątrz od centrum galaktyki przez energię wyzwoloną przez aktywne jądro lub inne powiązane zjawiska. Gdy gaz w tych wiatrach jest rozrzedzony, mogą one osiągać prędkości do tysięcy km/s, podczas gdy w przypadku gęstego gazu prędkości te sięgają setek km/s. W przypadku najbardziej energetycznych AGN-ów, takich jak niektóre kwazary, wiatry mogą wypchnąć cały gaz z centrum galaktyki, uniemożliwiając dalsze formowanie się gwiazd.
Do badania gęstych i zimnych wiatrów (o temperaturze poniżej -170oC) konieczne jest użycie teleskopów takich jak Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA), który obserwuje promieniowania na falach milimetrowych i submilimetrowych, leżących pomiędzy podczerwienią a radiem. ALMA jest interferometrem składającym się z 66 ruchomych anten o wysokiej precyzji, których maksymalna odległość wynosi 16 km. Pozwala to na badanie galaktyk z niespotykaną dotąd szczegółowością w tym zakresie długości fal.
Wykorzystując dane z aktywnych galaktyk, uzyskane za pomocą ALMA, międzynarodowy zespół kierowany przez badaczkę IAC Cristinę Ramos Almeida opublikował 18 lutego 2022 roku artykuł w czasopiśmie „Astronomy & Astrophysics”. W artykule tym autorzy analizują dane z próbki siedmiu wysokoenergetycznych kwazarów w lokalnym Wszechświecie. Praca ta jest częścią projektu „QSOFEED”, którego celem jest zrozumienie, w jaki sposób supermasywne czarne dziury wpływają na macierzyste galaktyki.
ALMA pozwala nam zbadać wiatry zimnego gazu molekularnego w tych kwazarach, wykorzystując emisję cząsteczki tlenku węgla – wyjaśnia Ramos Almeida. Ta analiza jest ważna, ponieważ ten zimny gaz jest materiałem, z którego powstają nowe gwiazdy, a do tej pory nie było danych o tak wysokiej rozdzielczości dla zestawu kwazarów w lokalnym Wszechświecie przesłoniętych przez pył. Ten typ kwazara jest interesujący, ponieważ może to być kluczowa faza, podczas której aktywne jądro ewoluuje i zużywa gaz w bardzo szybkim tempie, co następnie ustąpi miejsca fazie bez przesłaniania. Badanie pobliskich obiektów jest kluczem do zrozumienia, co działo się w tego typu galaktykach, gdy Wszechświat miał zaledwie ¼ swojego obecnego wieku.
Na podstawie nowych danych z ALMA zespół odkrył, że wiatry molekularne są głównie współpłaszczyznowe z dyskiem, gdzie znajduje się większość gazu molekularnego, są one stosunkowo zwarte i powolne, osiągając maksymalne prędkości tylko 200–350 km/s. Niemniej jednak wiatry te, wraz z działaniem strumieni radiowych w niektórych przypadkach, są odpowiedzialne za modyfikację zawartości i rozkładu gazu w tych centralnych regionach. Nawet jeżeli całkowita zawartość gazu molekularnego w galaktykach macierzystych nie zmienia się znacząco, najbardziej wewnętrzne regiony są zaburzone przez działanie tych wiatrów – mówi Anelise Audibert, badaczka z IAC, która jest współautorką artykułu.
Następnym krokiem jest obserwacja większej próbki przesłoniętych kwazarów za pomocą MEGARA, instrumentu zainstalowanego na Gran Telescopio Canarias (GTC), oraz za pomocą ALMA, aby scharakteryzować ich zjonizowane i molekularne wiatry. Chcemy również zbadać populacje gwiazd w galaktykach macierzystych, aby sprawdzić, czy najbardziej ekstremalne wiatry są tymi, które miały największy wpływ na powstawanie nowych gwiazd. To pozwoli nam bezpośrednio określić efekt sprzężenia zwrotnego AGN – podsumowuje Patricia Bessiere, badaczka z IAC i współautorka artykułu, której badania koncentrują się na tym aspekcie projektu.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Supermassive black holes change the central regions of galaxies
- The diverse cold molecular gas contents, morphologies, and kinematics of type-2 quasars as seen by ALMA
Źródło: IAC
Na ilustracji: Wizja artystyczna: supermasywne czarne dziury modyfikują rozkład gęstego gazu w centralnych regionach galaktyk. Źródło: HST oraz C. Ramos Almeida.
