Astronomowie od dawna zastanawiają się, w jaki sposób supermasywne czarne dziury rosną do tak ogromnych rozmiarów. Niedawno odkryli wirujący magnetyczny wiatr, który ich zdaniem pomaga rosnąć takim czarnym dziurom.
Istnienie supermasywnych czarnych dziur wiąże się z pytaniami, na które jak dotąd naukowcy nie znają odpowiedzi. Jedno z nich brzmi: W jaki sposób rosną one do aż takich rozmiarów? Międzynarodowy zespół astronomów, w tym badacze z Chalmers University of Technology w Göteborgu, odkrył potężny wirujący, magnetyczny wiatr, który ich zdaniem wpływa na rozrost centralnej supermasywnej czarnej dziury w galaktyce. Wirujący wiatr ujawniono za pomocą teleskopu ALMA w pobliskiej galaktyce ESO320-G030. Podobne procesy mogą mieć wpływ zarówno na rośnięcie czarnej dziury, jak i narodziny gwiazd.
W centrum większości galaktyk, w tym Drogi Mlecznej, znajduje się supermasywna czarna dziura. Astronomowie od dawna zastanawiają się, w jaki sposób obiekty te osiągają masę milionów lub miliardów gwiazd. Zespół naukowców kierowany przez Marka Gorskiego (Northwestern University w Evanston w stanie Illinois i Chalmers University of Technology) i Susanne Aalto (profesor radioastronomii na tej drugiej uczelni) postanowił zbadać stosunkowo galaktykę ESO320-G030, odległą o zaledwie 120 milionów lat świetlnych. Jest ona bardzo aktywna – gwiazdy powstają tam dziesięć razy szybciej niż w naszej Galaktyce.
Ponieważ galaktyka ta jest bardzo jasna w podczerwieni, teleskopy mogą dostrzec szczegóły w jej centrum. Chcieliśmy zmierzyć światło cząsteczek unoszonych przez wiatry z jądra galaktyki, mając nadzieję na prześledzenie, w jaki sposób wiatry są „uruchamiane” przez rosnącą supermasywną czarną dziurę. Korzystając z instrumentu ALMA, byliśmy w stanie zbadać światło zza grubych warstw pyłu i gazu – powiedziała Aalto.
Cząsteczki ujawniły wiatr
Aby zbadać gęsty gaz znajdujący się jak najbliżej centralnej czarnej dziury, naukowcy przeanalizowali światło z cząsteczek cyjanowodoru (HCN). Dzięki zdolności ALMA do obrazowania drobnych szczegółów i śledzenia ruchów w gazie – z wykorzystaniem efektu Dopplera – odkryli wzorce sugerujące obecność namagnesowanego, wirującego wiatru. Podczas gdy inne wiatry i strumienie w centrum galaktyk odpychają materię od supermasywnej czarnej dziury, nowo odkryty wiatr dodaje kolejny proces, który może zamiast tego zasilać czarną dziurę i pomagać jej rosnąć.
Widzimy, jak wiatry tworzą spiralną strukturę wypływającą z centrum galaktyki. Kiedy zmierzyliśmy rotację, masę i prędkość materii wypływającej na zewnątrz, ze zdziwieniem stwierdziliśmy, że możemy wykluczyć wiele wyjaśnień siły wiatru (na przykład formowaniem się gwiazd). Zamiast tego przepływ na zewnątrz może być napędzany przez napływ gazu i wydaje się być utrzymywany razem przez pola magnetyczne – powiedziała Aalto.
Naukowcy uważają, że wirujący wiatr magnetyczny pomaga czarnej dziurze rosnąć. Materia przemieszcza się wokół czarnej dziury, zanim może do niej wpaść – jak woda wokół odpływu. Gdy zbliża się do czarnej dziury, gromadzi się w chaotycznym, wirującym dysku. Tam rozwijają się i wzmacniają pola magnetyczne. Pomagają one unieść materię z dala od galaktyki, tworząc spiralny wiatr. Utrata materii na rzecz tego wiatru spowalnia również wirujący dysk – oznacza to, że materia może łatwiej przepływać do czarnej dziury, zmieniając strużkę w strumień.
Podobnie jak rodzą się gwiazdy
Dla Marka Gorskiego sposób, w jaki to się dzieje, uderzająco przypomina środowisko w kosmosie na znacznie mniejszą skalę: wiry gazu i pyłu, które prowadzą do narodzin nowych gwiazd i planet.
Powszechnie wiadomo, że galaktyki na wczesnych etapach ewolucji rosną dzięki wirującym wiatrom przyspieszanym przez pola magnetyczne, tak jak wiatr w tej galaktyce. Nasze obserwacje pokazują, że supermasywne czarne dziury i małe gwiazdy mogą rosnąć poprzez podobne procesy, tyle że zachodzące w różnej skali – powiedział Mark Gorski.
Czy to odkrycie może być wskazówką do rozwiązania zagadki wzrostu supermasywnych czarnych dziur? W przyszłości Gorski, Aalto i ich koledzy chcą zbadać inne galaktyki, które mogą posiadać ukryte spiralne wypływy w swoich jądrach.
Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie „Astronomy and Astrophysics”.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Supermassive black hole appears to grow like a baby star
- A spectacular galactic scale magnetohydrodynamic powered wind in ESO 320-G030
Źródło: Chalmers University of Technology
Na ilustracji: Wrażenie artysty: Wiatr spiralny pomaga rosnąć supermasywnej czarnej dziurze w galaktyce ESO320-G030, wspomagany przez pola magnetyczne. Źródło: M. D. Gorski/Aaron M. Geller, Northwestern University, CIERA, the Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics.
