Przejdź do treści

Starzejąc się razem: ostrzejsze spojrzenie na czarne dziury i ich galaktyki macierzyste

img

Niektóre relacje zapisane są w gwiazdach. Zgodnie z najnowszymi badaniami Yale University zdecydowanie tak jest w przypadku supermasywnych czarnych dziur i ich galaktyk macierzystych.

„Specjalny związek” między supermasywnymi czarnymi dziurami (SMBH) a ich galaktykami macierzystymi – coś, co obserwowali astronomowie i fizycy od dłuższego czasu – można teraz rozumieć jako więź, która rozpoczyna się na wczesnym etapie powstawania galaktyki i ma wpływ na to, jak galaktyka i SMBH w jej centrum rosną z czasem.

Czarna dziura to punkt w przestrzeni, w którym materia została zagęszczona tak mocno, że wytwarza ogromną grawitację. Ta grawitacja jest na tyle silna, że nawet światło nie może uciec przed jej przyciąganiem. Czarne dziury mogą być tak małe jak pojedynczy atom lub tak duże, że mają średnicę miliardów km. Największe nazywają się „supermasywnymi” czarnymi dziurami i mają masy równe milionom a nawet miliardom słońc.

SMBH często znajdują się w jądrach dużych galaktyk, w tym w naszej własnej galaktyce, Drodze Mlecznej. Chociaż teoretycznie przewidywano istnienie SMBH, pierwsze wskazówki obserwacyjne wykryto w latach sześćdziesiątych; na początku tego roku Teleskop Horyzontu Zdarzeń opublikował pierwszą sylwetkę czarnej dziury w galaktyce M87. Astrofizycy kontynuują teoretyzowanie na temat pochodzenia czarnych dziur, ich wzrostu i blasku oraz interakcji z galaktykami macierzystymi w różnych środowiskach astronomicznych.

„Istnieje duża niepewność co do połączenia SMBH-galaktyka, w szczególności czy wzrost SMBH była ściślej powiązana z szybkością formowania się gwiazd lub masą galaktyki gospodarza. Wyniki te stanowią najbardziej dokładny dowód teoretyczny na te pierwsze – tempo wzrostu czarnych dziur wydaje się być ściśle powiązane z szybkością, z jaką tworzą się gwiazdy w galaktyce macierzystej” – powiedziała Priyamvada Natarajan, astrofizyk, starszy badacz nowego badania.

Natarajan wniosła znaczący wkład w nasze rozumienie tworzenia się i rozwoju SMBH w odniesieniu do ich okolic. Jej praca mówi o zasadniczym pytaniu, czy te powiązania są jedynie korelacjami czy oznakami głębszego związku przyczynowego.

Natarajan i jej zespół wykorzystali skomplikowane zestawy symulacji, aby dokonać odkrycia. Symulacja kosmologiczna, zwana Romulus, śledzi ewolucję różnych regionów Wszechświata tuż po Wielkim Wybuchu do dnia dzisiejszego i obejmuje tysiące symulowanych galaktyk, które znajdują się w różnych środowiskach kosmicznych.

Symulacje Remulus oferują najwyższej rozdzielczości migawkę wzrostu czarnej dziury, zapewniając w pełni wyłaniający się i ostrzejszy obraz wzrostu czarnej dziury w szerokim zakresie galaktyk macierzystych, od najbardziej masywnych galaktyk zlokalizowanych w centrum gromad galaktyk do znacznie bardziej powszechnych galaktyk karłowatych.

Angelo Ricarte, były doktorant Natarajan zauważył, że jednym z bardziej intrygujących wyników badań jest sposób, w jaki największe czarne dziury we Wszechświecie oddziałują z galaktykami macierzystymi w czasie. Naukowcy odkryli, że SMBH i galaktyki macierzyste rosną w tandemie i że związek jest „samokorygujący”, niezależnie od środowiska, w którym żyją.

„Jeżeli SMBH zaczyna rosnąć zbyt szybko i staje się zbyt duża dla swojej macierzystej galaktyki, procesy fizyczne zapewniają spowolnienie wzrostu w stosunku do galaktyki. Z drugiej strony, jeżeli masa SMBH jest zbyt mała dla galaktyki, tempo wzrostu SMBH zwiększa się w stosunku do wielkości galaktyki, aby to zrekompensować” – wyjaśnił Michael Tremmel z Yale.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Growing old together: a sharper look at black holes and their host galaxies

Tracing black hole and galaxy co-evolution in the ROMULUS simulations

Źródło: Yale