Masy supermasywnych czarnych dziur

Uważa się, że większość galaktyk posiada w swoich jądrach supermasywną czarną dziurę (SMBH), obiekt o masie przekraczającej milion mas Słońca. Droga Mleczna, na przykład, ma w centrum czarną dziurę o masie czterech milionów Słońc. Szacuje się, że najbardziej ekstremalne ich przykłady mają masy sięgające nawet 10 mld Słońc. Zarówno aktywne jak i nieaktywne galaktyki posiadają SMBH ale te pierwsze aktywnie akreują materię oraz promieniują z gorącego środowiska. Masy tych potworów są zwykle mierzone bezpośrednio na podstawie kinematyki gazu lub gwiazd poruszających się pod silnym grawitacyjnym oddziaływaniem jądrem. Pośrednich pomiarów można dokonać również bazując na odkrytych zależnościach pomocniczych; np. masy SMBH wydają się być ściśle powiązane z masami gwiazd i rozkładem ruchów (dyspersja prędkości) obserwowanymi w galaktykach macierzystych. Ponieważ czarne dziury rosną na przestrzeni czasu, korelacje te sugerują, że istnieje pewna współewolucja z galaktyką, ale nie wiadomo dlaczego taka jest i jak się rozwija. Nieaktywne galaktyki czasem wykazują na przykład inną korelację niż aktywne. Niektórzy naukowcy argumentowali, że korelacja z masą gwiazdową jest jedynie produktem ubocznym bardziej fundamentalnych połączeń z dyspersją prędkości.

Zespół astronomów wykorzystał dane z obserwatorium rentgenowskiego Chandra oraz innych misji obserwujących w paśmie X, aby zbadać kluczową kwestię, czy obserwacyjne efekty selekcji powodują pojawienie się korelacji. Na przykład ograniczone możliwości współczesnych teleskopów sprzyjają obserwacjom jedynie tych galaktyk, których gaz i gwiazdy mają największe prędkości, a symulacje komputerowe wykazały, że ten sam efekt może tłumaczyć pojawienie się korelacji. Zamiast tego, astronomowie spojrzeli na promieniowanie rentgenowskie próbki galaktyk, miarę akrecji na ich SMBH, co z kolei jest miarą ich mas i wydajności tworzenia promieniowania. Technika ta wykorzystuje wyniki promieniowania rentgenowskiego poszczególnych galaktyk do uzyskania mas i jest bardziej niezawodna niż podobne, starsze próby, które wykorzystywały połączone średnie wartości rentgenowskie.

Astronomowie odkryli, że masy gwiazdowe galaktyk i ich centralne SMBH wydają się rosnąć razem, i że relacja ta jest prawie niezależna od epoki galaktyk już około 10 mld lat. Wynik ten dostarcza niezależnych dowodów na to, że wcześniejsze korelacje były tendencyjne z powodu efektów selekcji, przynajmniej tych wywodzących się z kinematyki. Zespół donosi o jednej niespodziance: wydajność promieniowania akrecyjnego wynosi około 15%, prawie dziesięć razy więcej niż oczekiwano bazując na teorii, i sugeruje, że czarne dziury wirują gwałtownie, ponieważ wirujące czarne dziury powinny być bardziej wydajnymi radiatorami.

Opracowanie:

Agnieszka Nowak

Źródło:

CfA