Naukowcy korzystający z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) odkryli tajemniczy wiatr galaktyczny napędzany przez supermasywną czarną dziurę 13,1 mld lat temu. Jest to najwcześniejszy jak dotąd zaobserwowany przykład takiego wiatru i jest to znak, że ogromne czarne dziury mają głęboki wpływ na wzrost galaktyk od bardzo wczesnej historii Wszechświata.
W centrum wielu dużych galaktyk znajduje się supermasywna czarna dziura, która jest miliony lub miliardy razy masywniejsza od Słońca. Co ciekawe, masa czarnej dziury jest w przybliżeniu proporcjonalna do masy zgrubienia centralnego macierzystej galaktyki. Na pierwszy rzut oka może się to wydawać oczywiste, ale w rzeczywistości jest to bardzo dziwne. Powodem tego jest fakt, że rozmiary galaktyk i czarnych dziur różnią się o około 10 rzędów wielkości. Na podstawie tej proporcjonalnej zależności pomiędzy masami dwóch tak różnych obiektów, astronomowie uważają, że galaktyki i czarne dziury rosły i ewoluowały razem (koewolucja) poprzez jakiś rodzaj fizycznej interakcji.
Wiatr galaktyczny może zapewnić ten rodzaj fizycznej interakcji pomiędzy czarnymi dziurami a galaktykami. Supermasywna czarna dziura pochłania dużą ilość materii. Gdy materia ta pod wpływem grawitacji czarnej dziury zaczyna poruszać się z dużą prędkością, emituje intensywną energię, która może wypchnąć otaczającą materię na zewnątrz. Tak powstaje wiatr galaktyczny.
Pytanie brzmi: kiedy we Wszechświecie pojawiły się wiatry galaktyczne? Jest to ważne pytanie, ponieważ wiąże się z ważnym problemem w astronomii: jak doszło do koewolucji galaktyk z supermasywnymi czarnymi dziurami? – mówi Takuma Izumi, główny autor pracy badawczej i badacz w National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ).
Zespół naukowców najpierw użył Teleskopu Subaru do poszukiwania supermasywnych czarnych dziur. Dzięki jego możliwościom obserwacji szerokiego pola znaleźli ponad 100 galaktyk z supermasywnymi czarnymi dziurami we Wszechświecie ponad 13 mld lat temu.
Następnie zespół wykorzystał wysoką czułość ALMA do zbadania ruchu gazu w galaktykach macierzystych czarnych dziur. ALMA obserwował galaktykę HSC J124353.93+010038.5 (zwaną dalej J1243+0100), odkrytą przez Teleskop Subaru, i uchwycił fale radiowe emitowane przez pył i jony węgla w galaktyce.
Szczegółowa analiza danych ALMA pokazała, że w J1243+0100 jest szybki przepływ gazu poruszający się z prędkością 500 km/s. Ten przepływ gazu ma wystarczającą energię, aby wypchnąć materię gwiazdową w galaktyce i zatrzymać aktywność gwiazdotwórczą. Przepływ gazu znaleziony w badaniu jest prawdziwym wiatrem galaktycznym i jest to najstarszy zaobserwowany przykład galaktyki z olbrzymim wiatrem o rozmiarach galaktycznych. Poprzednią rekordzistką była galaktyka sprzed około 13 mld lat, więc ta obserwacja przesuwa początek o kolejne 100 mln lat wstecz.
Zespół zmierzył również ruch spokojnego gazu w J1243+0100 i oszacował masę zgrubienia centralnego, na podstawie jej równowagi grawitacyjnej, na około 30 mld razy większą od Słońca. Masa supermasywnej czarnej dziury tej galaktyki, oszacowana inną metodą, wynosiła około 1% tej masy. Stosunek masy zgrubienia do supermasywnej czarnej dziury w tej galaktyce jest niemal identyczny ze stosunkiem mas czarnych dziur do galaktyk we współczesnym Wszechświecie. To sugeruje, że koewolucja supermasywnych czarnych dziur i galaktyk zachodzi od mniej niż miliarda lat po Wielkim Wybuchu.
Nasze obserwacje wspierają ostatnie wysoce precyzyjne symulacje komputerowe, które przewidziały, że relacje koewolucyjne istniały nawet 13 mld lat temu. Planujemy w przyszłości obserwacje dużej liczby takich obiektów i mamy nadzieję wyjaśnić, czy pierwotna koewolucja widoczna w tym obiekcie jest obrazem ogólnego Wszechświata w tym czasie, czy też nie – komentuje Izumi.
Więcej informacji:
- ALMA Discovers Earliest Gigantic Black Hole Storm
- Subaru High-z Exploration of Low-Luminosity Quasars (SHELLQs). XIII. Large-scale Feedback and Star Formation in a Low-Luminosity Quasar at z = 7.07 on the Local Black Hole to Host Mass Relation
Źródło: NAOJ
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Wizja artystyczna przedstawiająca wiatr galaktyczny napędzany supermasywną czarną dziurą znajdującą się w centrum galaktyki. Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
