Nowe oszacowanie dotyczące supermasywnych czarnych dziur i Wszechświata

Supermasywne czarne dziury mają wpływ na wiele aspektów powstawania i ewolucji naszego Wszechświata – ale nadal jest wiele tego, czego o nich nie wiemy. Nowy spis tych przyczajonych źródeł pomaga nam odpowiedzieć na te pytania.

Ukryte w pyle
Ile aktywnie akreujących supermasywnych czarnych dziur – znanych jako aktywne jądra galaktyczne (AGN) – jest rozproszonych po całym Wszechświecie? W jaki sposób te czarne dziury rosną obok swoich galaktycznych gospodarzy? Jak potężne promieniowanie tych AGN przyczyniło się do rejonizacji, która ukształtowała nasz Wszechświat w jego obecnym składzie zjonizowanego wodoru o niskiej gęstości?

Aby odpowiedzieć na wszystkie te pytania, musimy najpierw sporządzić pełny spis AGN we Wszechświecie. Jednak jest to wyzwanie – chociaż AGN promieniują jasno w całym spektrum elektromagnetycznym, wiele z tych tajemniczych źródeł znajduje się za gęstymi osłonami pyłu, które uniemożliwiają wydostanie się większości ich promieniowania.

Na ratunek wysoka energia
Na szczęście jednak niezwykle energetyczne promieniowanie rentgenowskie może wydostać się nawet z mocno zasłoniętego AGN. Zestawiając dane z wielu kosmicznych obserwatoriów rentgenowskich – takich jak NuSTAR, Neil Gehrels Swift Observatory i Chandra – zespół naukowców stworzył niedawno w dużej mierze bezstronny przegląd AGN we Wszechświecie, uwzględniając zarówno niezasłonięte źródła jak i wiele tych, które są ukryte za pyłem.

W nowym badaniu, któremu przewodzi Tonima Ananna (Dartmouth College i Yale University), zespół ten wykorzystuje teraz swój spis AGN, aby lepiej zrozumieć fizykę wzrostu supermasywnych czarnych dziur i wpływ tych bestii na ewolucję Wszechświata.

Rejonizacja Wszechświata
Ananna i jej współpracownicy szacują całkowitą ilość promieniowania jonizującego, które jest emitowane ze wszystkich AGN we Wszechświecie, jako funkcję przesunięcia ku czerwieni, stosując ograniczenia obserwacyjne zarówno dla światła, które widzimy, jak i oszacowanie światła, którego nie widzimy, na podstawie wywnioskowanej, zasłoniętej populacji AGN.

Autorzy stwierdzili, że całkowity udział fotonów jonizujących, które uciekają ze wszystkich AGN, jest dość mały. Wkład AGN w rejonizację Wszechświata – proces, który miał miejsce między kilkuset milionami a ~ 1 mld lat po Wielkim Wybuchu – stanowi mniej niż jedną czwartą całkowitej gęstości jonizujących fotonów przy przesunięciach ku czerwieni większych niż z > 6. To sugeruje, że gwiazdy i galaktyki pierwszej generacji dostarczyły ogromnej większości promieniowania, które napędzało rejonizację.

Czego możemy się dowiedzieć o samych czarnych dziurach? Ananna i jej współpracownicy używają swojego spisu, aby porównać całkowite światło emitowane przez AGN z ilością masy, którą nagromadziły w czasie. Ta miara wydajności akrecji może nam powiedzieć, z jaką szybkością prawdopodobnie wirują supermasywne czarne dziury.

Zespół znalazł bardzo prawdopodobną wydajność akrecji – co wskazuje, że średnio rosnące supermasywne czarne dziury wirują dość szybko. Jeżeli zostanie to potwierdzone, może to oznaczać, że wzrost supermasywnych czarnych dziur jest zdominowany przez akrecję materii (która wytwarza szybko wirujące czarne dziury), a nie przez fuzje (które powodują niski średni spin, ponieważ czarne dziury stają się losowo zorientowane).

Nadal musimy się wiele dowiedzieć o supermasywnych czarnych dziurach i ich wpływie na Wszechświat, ale te ostatnie badania stanowią wyraźny krok we właściwym kierunku.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
AAS

Vega

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *