Jak uruchomić supermasywną czarną dziurę

Obecne teorie sugerują, że większość galaktyk – jeżeli nie wszystkie – posiada w swoim centrum supermasywną czarną dziurę o masie od milionów do miliardów razy większą niż masa naszego Słońca. Teoria ta została wzmocniona w 2019 roku, gdy Teleskop Horyzontu Zdarzeń (EHT) wykonał pierwszy w historii obraz czarnej dziury w pobliskiej galaktyce eliptycznej M87, a w roku 2020, gdy Reinhard Genzel i Andrea Ghez otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za odkrycie supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej własnej Galaktyki.

Ze względu na ogromną gęstość i pole grawitacyjne, czarne dziury są jednymi z najbardziej ekstremalnych obiektów we Wszechświecie. W konsekwencji, materia, która jest ciągnięta w kierunku supermasywnej czarnej dziury może zostać przyspieszona niemal do prędkości światła. Supermasywna czarna dziura otoczona dyskiem akrecyjnym jest znana jako aktywne jądro galaktyki (AGN).

AGN-y są niewiarygodnie wydajnymi silnikami. Około 10% masy akreowanej przez AGN jest przekształcane w energię. W rezultacie, AGN-y emitują olbrzymie ilości światła i są jednymi z najjaśniejszych obiektów we Wszechświecie. Jednak, jak wszystkie silniki, AGN potrzebują zapłonu: wyzwalacza, który może spowodować, że uśpiona supermasywna czarna dziura zacznie akreować materię i stanie się AGN-em. Dzisiejsza praca bada jeden z mechanizmów, który może być odpowiedzialny za włączanie AGN w gromadach galaktyk.

Gromady galaktyk to olbrzymie obiekty zawierające nawet do kilku tysięcy galaktyk. Pomiędzy nimi znajduje się morze gorącego gazu, ośrodek wewnątrzgromadowy (ICM). Gdy galaktyki płyną przez cały ten ocean, siły oporu ICM mogą powodować odrywanie się gazu od galaktyk, co prowadzi do powstawania ogonów gazu, które wylatują z galaktyk. Proces ten znany jest jako usuwanie ciśnienia barana. W niniejszej pracy autorzy badają, czy te galaktyki ubogie w gaz mają większe prawdopodobieństwo posiadania AGN w swoich centrach.

W tym celu wykorzystano obserwacje 115 galaktyk, które obecnie przechodzą proces usuwania ciśnienie barana w gromadach, pochodzące z wielu różnych przeglądów astronomicznych. Galaktyki te są porównywalne z kontrolną próbką 782 galaktyk gwiazdotwórczych pobranych z obszarów polowych (tj. nie w gromadach) w przeglądzie MaNGA (Mapping Nearby Galaxies at APO). Galaktyki te są następnie badane pod kątem tego, czy zawierają AGN, poprzez sprawdzenie ich emisji światła na różnych długościach fali i umieszczanie ich na diagramie BPT (powszechnie używana metoda identyfikacji AGN-ów).

Z niniejszej pracy można wyciągnąć dwa główne wnioski. Po pierwsze, galaktyki pozbawione ciśnienia barana są około 1,5 raza bardziej narażone na występowanie AGN w swoim centrum w porównaniu z próbką kontrolną. Ponadto, większe galaktyki znacznie częściej zawierają AGN, szczególnie te o masach gwiazdowych większych niż 1010 mas Słońca. Autorzy odkryli, że 27% ich galaktyk zawiera AGN, w porównaniu do zaledwie 18% galaktyk spoza gromad. Patrząc tylko na duże galaktyki, AGN znajdują się odpowiednio w 51% i 35% galaktyk w próbce ubogich w gaz i kontrolnej.

Wyniki te są ekscytujące i mówią nam, że istnieje ścisły związek pomiędzy AGN a usuwaniem ciśnienia barana. Jedno z potencjalnych wyjaśnień pochodzi z faktu, że ICM, który powoduje usuwanie gazu z galaktyki, może również zwiększać zewnętrzne ciśnienie w galaktyce. Ciśnienie to może ściskać gaz w galaktyce, wyzwalając powstawanie gwiazd i powodując opadanie gazu po spirali do środka w kierunku centrum galaktyki, co prowadzi do powstania świecącego dysku akrecyjnego. Ponadto, wyzwolenie AGN może skutkować wyrzuceniem gazu z galaktyki, co prowadzi do powstania ogonów wyrzuconego gazu, który przypisuje się zjawisku usunięcia ciśnienia barana.

Jest kilka zastrzeżeń w tej pracy. Na przykład, praca ta porównuje galaktyki pola z bardzo specyficznym typem galaktyk w gromadach – tymi, które wykazują wyraźne oznaki usunięcia ciśnienia barana. Autorzy odnoszą się do tego i wyjaśniają, że przyszłe badania z udziałem większej liczby galaktyk będą w stanie jeszcze bardziej zawęzić ich wyniki.

Oczywiście, usuwanie ciśnienia barana nie jest jedyną możliwą przyczyną zapłonu AGN: ⅓ galaktyk, które nie są ubogie w gaz, również zawiera AGN, co pokazuje, że w grę wchodzi wiele innych czynników. Jednak wpływ usuwania ciśnienia barana pokazany w tej pracy jest cenną wskazówką i pomoże nam lepiej zrozumieć, co powoduje wyłączanie się tych ogromnych kosmicznych żarówek.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Astrobites

Vega

Na ilustracji: Wizja artystyczna AGN, z centralną czarną dziurą otoczoną płaskim, rotującym dyskiem akrecyjnym. Niektóre AGN-y emitują wąskie, potężne dżety materii – można je zaobserwować nad czarną dziurą. Źródło: NASA/JPL-Caltech.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *