Przejdź do treści

Odkrycie relatywistycznych dżetów wytwarzających bąble w centralnej części Galaktyki Filiżanki

Zwarty strumień radiowy w centrum galaktyki Filiżanki wieje bocznym turbulentnym wiatrem w zimnym gęstym gazie, jak przewidują symulacje

Badania przeprowadzone przez Anelise Audibert, badaczkę z Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ujawniły proces, który wyjaśnia osobliwą morfologię centralnego regionu galaktyki Filiżanki, masywnego kwazara znajdującego się 1,3 miliarda lat świetlnych od nas.

Obiekt ten charakteryzuje się obecnością rozszerzających się bąbli gazu wytwarzanych przez wiatry emitujące z jego centralnej supermasywnej czarnej dziury. Badanie potwierdza, że zwarty strumień widoczny jedynie na falach radiowych, zmienia kształt i zwiększa temperaturę otaczającego go gazu, wydmuchując pęcherzyki, które rozszerzają się na boki. Ustalenia te, oparte na obserwacjach teleskopu ALMA i symulacjach hydrodynamicznych, zostały opublikowane 21 marca 2023 roku w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics Letters.

Kiedy materia wpada do supermasywnej czarnej dziury w centrach galaktyk, uwalnia ogromne ilości energii i jest nazywana aktywnym jądrem galaktyki (AGN). Ułamek AGN uwalnia część tej energii w postaci strumieni wykrywalnych na falach radiowych poruszających się z prędkością bliską prędkości światła. Podczas gdy strumień przemierza galaktykę, zderza się z otaczającymi go obłokami i gazem, a w niektórych przypadkach może wypychać tę materię w postaci wiatrów. Jednak to, jakie warunki preferencyjne wyzwalają te wiatry do wydmuchiwania gazu z galaktyki, jest wciąż słabo rozumiane.

Efekt oddziaływania strumieni na zawartość galaktyk, taką jak gwiazdy, pył i gaz, odgrywa ważną rolę w tym, jak galaktyki ewoluują we Wszechświecie. Najpotężniejsze strumienie radiowe, znajdujące się w „głośnych radiowo” galaktykach, są odpowiedzialne za drastyczną zmianę losu galaktyki, ponieważ ogrzewają gaz, zapobiegając powstawaniu nowych gwiazd i wzrostowi galaktyk. Symulacje komputerowe relatywistycznych strumieni wbijających się w galaktyki dyskowe przewidują, że strumienie zmieniają kształt otaczającego gazu, wydmuchując bąbelki, gdy wnikają w głąb galaktyki. Jednym z kluczowych elementów symulacji, który sprawia, że strumienie są skuteczne w napędzaniu wiatrów, jest kąt między dyskiem gazowym a kierunkiem propagacji strumienia. Co zaskakujące, słabsze strumienie takie jak te w „cichych radiowo” galaktykach są w stanie wyrządzić więcej szkód w otaczającym je środowisku niż te bardzo mocne.

Międzynarodowy zespół naukowców odkrył idealny przypadek, w którym można badać oddziaływanie strumienia radiowego z zimnym gazem wokół masywnego kwazara: galaktykę Filiżanki. Filiżanka to cichy radiowo kwazar znajdujący się 1,3 miliarda lat świetlnych od nas, a jego przydomek pochodzi od rozszerzających się bąbli widocznych na obrazach optycznych i radiowych, z których jeden ma kształt uchwytu filiżanki. Dodatkowo, w centralnym regionie (o rozmiarze około 3300 lat świetlnych) znajduje się zwarty i młody strumień radiowy, który ma niewielkie nachylenie względem dysku galaktyki.

Wpływ na formowanie się gwiazd

Korzystając z obserwacji przeprowadzonych na chilijskiej pustyni przez ALMA, zespół był w stanie scharakteryzować z niespotykanym dotąd poziomem szczegółowości zimny, gęsty gaz w centralnej części Filiżanki. W szczególności wykryli emisję cząsteczek tlenku węgla, które mogą istnieć tylko w określonych warunkach gęstości i temperatury. Na podstawie tych obserwacji zespół stwierdził, że zwarty strumień, pomimo swojej niewielkiej mocy, nie tylko wyraźnie zaburza rozkład gazu i ogrzewa go, ale także przyspiesza w nietypowy sposób.

Zespół spodziewał się wykryć ekstremalne warunki w dotkniętych obszarach wzdłuż strumienia, ale kiedy przeanalizował obserwacje, odkrył, że zimny gaz jest bardziej turbulentny i cieplejszy w kierunkach prostopadłych do propagacji strumienia. Jest to spowodowane wstrząsami wywołanymi przez napędzaną strumieniami bańkę, która nagrzewa się i wydmuchuje gaz podczas swojej bocznej ekspansji – wyjaśnia A. Audibert. Mając poparcie w symulacjach komputerowych uważamy, że orientacja między dyskiem zimnego gazu a strumieniem jest kluczowym czynnikiem w skutecznym napędzaniu tych bocznych wiatrów – dodaje.

Wcześniej uważano, że strumienie o małej mocy mają znikomy wpływ na galaktykę, ale prace takie jak nasza pokazują, że nawet w przypadku galaktyk cichych radiowo strumienie mogą redystrybuować i zakłócać otaczający gaz, a to będzie miało wpływ na zdolność galaktyki do tworzenia nowych gwiazd – powiedziała Cristina Ramos Almeida, badaczka z IAC i współautorka badania.

Następnym krokiem jest obserwacja większej próbki cichych radiowo kwazarów za pomocą MEGARA, instrumentu zainstalowanego na Gran Telescopio Canarias. Obserwacje pomogą nam zrozumieć wpływ strumieni na bardziej rozrzedzony i gorący gaz oraz zmierzyć zmiany w formowaniu się gwiazd spowodowane przez wiatry. To jeden z celów projektu QSOFEED opracowanego przez międzynarodowy zespół naukowców, którego celem jest odkrycie, w jaki sposób wiatry z supermasywnych czarnych dziur wpływają na galaktyki, w których się znajdują.

 

Więcej informacji:

Źródło: IAC

Opracowanie: Agnieszka Nowak

Na ilustracji: Zwarty strumień radiowy w centrum galaktyki Filiżanki wieje bocznym turbulentnym wiatrem w zimnym gęstym gazie, jak przewidują symulacje. Źródło: HST/ ALMA/ VLA/ M. Meenakshi/ D. Mukherjee/ A. Audibert

Reklama