Do zbadania centralnego regionu spiralnej galaktyki NGC 4151 wykorzystano obserwacje w dziedzinie rentgenowskiej, radiowej i optycznej. Galaktyka NGC 4151 została nazwana przez astronomów „okiem Saurona” przez podobieństwo do oka negatywnej postaci w powieści „Władca pierścieni”.
W „źrenicy oka” obserwacje rentgenowskie, które wykonał satelita CHANDRA (kolor niebieski na zdjęciu) połączone zostały z obserwacjami optycznymi (kolor żółty) przedstawiającymi zjonizowany wodór (HII), wykonane na 1 metrowym teleskopie Kapteyn'a w La Palma. Kolor czerwony naokoło „źrenicy” przedstawia rozkład neutralnego wodoru na podstawie obserwacji radiowych wykonanych interferometrem VLA (Nowy Meksyk, USA). Ten neutralny wodór jest częścią struktury znajdującej się blisko centrum galaktyki NGC 4151, która została zniekształcona przez oddziaływania grawitacyjne z pozostałą częścią galaktyki i zawiera materiał, który spada swobodnie do centrum galaktyki. Żółte obszary w obrębie czerwonej struktury przypominającej elipsę odpowiadają regionom, gdzie ostatnio wystąpiły procesy formowania się gwiazd.
Ostatnie badania wyjaśniły, że emisja rentgenowska była prawdopodobnie spowodowana wybuchem zasilonym przez supermasywną czarną dziurę (SMBH) zlokalizowaną w centrum galaktyki (biały obszar na zdjęciu). Dowody potwierdzające tą koncepcję pochodzą z rozciągniętego kształtu emisji rentgenowskiej od lewego górnego rogu do dolnego prawego rogu zdjęcia powiększenia centrum oraz na podstawie interpretacji widma rentgenowskiego. Występują również oznaki oddziaływania pomiędzy centralnym źródłem a gazem z otoczenia; w szczególności łuk emisji HII (kolor żółty) zlokalizowany nad i z lewej strony czarnej dziury.
Dwa różne scenariusze zostały rozważone w celu wyjaśnienia takiej emisji rentgenowskiej. Jedną możliwością jest, że czarna dziura urosła bardzo szybko 25 000 lat temu i promieniowanie z materiału spadającego na czarną dziurę było tak jasne, że mogło wyrwać elektrony z atomów w gazie. Promieniowanie X mogłoby być wtedy emitowane przez rekombinację ze zjonizowanymi atomami.
Druga możliwość również wymaga częściowego spływu pokaźniej ilości materiału do czarnej dziury i to względnie niedawno. W scenariuszu tym, energia uwolniona przez materiał spadający na czarną dziurę w dysku akrecyjnym tworzy silny wypływ gazu z powierzchni dysku. Wypływający gaz jest grzany w czasie jego drogi do temperatury, która jest konieczna do emisji rentgenowskiej. Jeśli gaz nie byłby w jakiś sposób uwięziony to mógłby uciec z tego obszaru w czasie krótszym niż 100 000 lat. W obu scenariuszach względnie krótki czas jaki upłynął od ostatniego epizodu wysokiej aktywności czarnej dziury może być odpowiedzialny za wystawienie takich wybuchów zajmujących przynajmniej 1% czasu życia czarnej dziury
Galaktyka NGC 4151 znajduje się 43 miliony lat świetlnych od Ziemi i zarazem jest jedną z najbliższych galaktyk, która zawiera aktywną czarną dziurę. Z powodu tej bliskości, galaktyka ta oferuje najlepszą szanse do badania oddziaływania pomiędzy aktywną supermasywną czarną dziurą, a otaczającym gazem znajdującym się w macierzystej galaktyce. Takie oddziaływania uważane są za kluczowe procesy w rośnięciu SMBH. Jeżeli emisja rentgenowska z galaktyki NGC 4151 ma swoje źródło w gorącym gazie grzanym przez wypływy z centralnej czarnej dziury, byłoby to potwierdzenie sprzężenia aktywnej czarnej dziury z otaczającym gazem w skali całej galaktyki. Przypomina to wielkoskalowe sprzężenie aktywnych czarnych dziur oddziaływających z otaczającym gazem obserwowane w gromadach galaktyk, jak to jest np. w gromadzie Perseusza.
Źródło: Wojciech Jurusik
Na ilustracji: Galaktyka NGC 4151. Zdjęcie wewnątrz pokazuje powieszenie centrum galaktyki o rozmiarze 2000 lat świetlnych. Dane z satelity CHANDRA z większego zdjęcia przedstawione są za pomocą koloru niebieskiego oraz dane radiowe z interferometru VLA (kolor fioletowy), a także obserwacje optyczne z teleskopu Hubble'a (kolor żółty) pokazujący rozkład emisji tlenu. Liniowość struktury w centrum potwierdza hipotezę o wcześniejszym wybuchu z supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki. Źródło: X-ray: NASA/CXC/CfA/J.Wang, et al.; Optical: Isaac Newton Group of Telescopes, La Palma/Jacobus Kapteyn Telescope; Radio: NSF/NRAO/VLA
(Tekst ukazał się pierwotnie w serwisie Orion, którego zasoby zostały włączone do portalu Urania)
