Widmowe struktury w pobliżu kwazarów

Kosmiczny Teleskop Hubble’a sfotografował niewyraźne, krótkotrwałe widmowe struktury w pobliżu martwych kwazarów. Astronomowie sądzą, że są one oświetlane potężnym promieniowaniem ultrafioletowym pochodzącym z czarnej dziury znajdującej się wewnątrz galaktyki.

Najbardziej aktywne jądra galaktyk nazywane są kwazarami. Materia opadająca na jądro ogrzewa się, świecąc jak potężny reflektor w przestrzeń kosmiczną. Wiązka jest tworzona przez dysk świecącego, przegrzanego gazu otaczającego czarną dziurę. Mimo wszystko kwazary obserwowane teraz nie są na tyle jasne, by wyjaśnić to, co widzimy. Jest to “zapis” czegoś, co wydarzyło się w przeszłości. Obserwując te świecące struktury astronomowie mogą wnioskować, że w przeszłości kwazary emitowały więcej energii lub zmieniają się one bardzo szybko, czego nie powinny robić. Jednym z wyjaśnień może też być para czarnych dziur, które krążą wokół siebie zasilając kwazary, co powoduje zmiany ich jasności.

Wiązka kwazara spowodowała, że niewidoczne włókna zaczęły świecić w tak zwanym procesie fotojonizacji. Atomy tlenu we włóknach pochłaniają światło kwazara i ponownie, powoli emitują je przez wiele tysięcy lat. Innymi cząstkami wykrytymi w tych włóknach są: wodór, hel, azot, siarka i neon. Ciężkie pierwiastki występują w niewielkiej ilości co sugeruje, że gaz powstał na obrzeżach galaktyki a nie w jej jądrze. Astronomowie uważają, że zielone włókna widoczne na zdjęciu są gazem rozwiewanym przez silne pole grawitacyjne wywołane połączeniem się dwóch galaktyk. Ogromne na dziesiątki tysięcy lat świetlnych struktury nie opadają na czarną dziurę lecz zamiast tego powoli okrążają swoją galaktykę długo po tym, jak proces łączenia się został zakończony. Naukowcy obserwują poskręcane pasma pyłu łączącego się z gazem co dokładnie odpowiada matematycznemu modelowi tego, w jaki sposób materia zawija się w galaktyce. Możemy obserwować jak mała, bogata w gaz galaktyka połączyła się z większą około 1,5 miliarda lat temu. Widmowe struktury znajdują się na tyle daleko poza galaktyką, że mogą nie świecić aż miną dziesiątki tysięcy lat od wybuchu kwazara, i podobnie również znikną tysiące lat po tym, jak sam kwazar zniknie. Taki jest okres czasu, jaki by zajął światłu kwazara dotarcie do nich.

Pierwszy raz zieloną widmową strukturę zaobserwowała w roku 2007 niemiecka nauczycielka Hanny van Arkel. Odkryła ją w projekcie Galaxy Zoo. Potem zespół 200 wolontariuszy przeglądał 15.000 zdjęć galaktyk zawierających kwazary. Po wyselekcjonowaniu odpowiednich kandydatów zespół badał te galaktyki spektroskopowo. Kontynuując obserwacje w Obserwatorium Kitt Peak oraz w Obserwatorium Licka zespół wybrał 20 galaktyk, które zawierają gaz zjonizowany promieniowaniem z kwazara a nie z energii powstających gwiazd a obłoki rozciągają się na ponad 30.000 lat świetlnych poza granice galaktyk. Osiem z tych obłoków było bardziej energetycznych niż sugerowała by na to obserwowalna ilość promieniowania pochodzącego od kwazara. Jasność kwazarów wynosi zaledwie 1/10 tego, co jest potrzebne do fotojonizacji gazu. Astronomowie sądzą, że zmiany jasności są regulowane przez tempo, w jakim materia opada na centralną czarną dziurę. Jeżeli dwie czarne dziury krążą wokół siebie, mogą zakłócać opadanie gazu na każdą z nich, co powoduje rozbłyski promieniowania.