22 maja 2021

Reliktowa czarna dziura w galaktyce karłowatej

Korzystając z nowej techniki, naukowcy zidentyfikowali supermasywną czarną dziurę czającą się w galaktyce o niskiej masie i metaliczności. Czy to odkrycie może być tylko wierzchołkiem góry lodowej?

Henize 2-10 jest przykładem galaktyki karłowatej, w której znajduje się aktywne jądro galaktyczne. Źródło: [Promieniowanie rentgenowskie: (NASA/CXC/Virginia/A.Reines i inni); Radiowe (NRAO/AUI/NSF); Optyczne (NASA/STScI)]

Polowanie na zalążki
Jak powstały pierwsze supermasywne czarne dziury – czarne dziury o masie milionów lub miliardów mas Słońca?

Dzisiaj wiemy, że olbrzymie czarne dziury znajdują się w sercach większości galaktyk. Wiele z nich znacznie się powiększyło od czasu powstania, poprzez fuzje galaktyk i akrecję masy wokół nich. Ale czy zaczynały one jako duże gwiazdy? Czy też zapadły się bezpośrednio z obłoków molekularnych? A może powstały w wyniku fuzji mniejszych czarnych dziur?

Aby zidentyfikować zalążki supermasywnych czarnych dziur i odpowiedzieć na te pytania, musimy zbadać najmniej zaburzone supermasywne czarne dziury, jakie możemy dzisiaj znaleźć. Małe galaktyki o niskiej metaliczności – te, które miały spokojną kosmiczną historię, pozbawioną zderzeń napędzających znaczący wzrost czarnych dziur – są zatem idealnymi celami do poszukiwania reliktów zalążków supermasywnych czarnych dziur.

Haczyk? To są właśnie środowiska, w których trudno jest dostrzec czarne dziury!

Nowe podejście
Najłatwiejsze do wykrycia czarne dziury to te, które aktywnie się żywią, znane jako aktywne jądra galaktyk (AGN). Jednak typowa metoda identyfikacji AGN – która opiera się na specyficznych sygnaturach w widmie optycznym źródła – jest nieobiektywna w stosunku do galaktyk o niskiej metaliczności i względnie wolnych od zderzeń, przez co nie uwzględnia dokładnie tej populacji, którą chcemy znaleźć! Tylko garstka galaktyk aktywnych została zidentyfikowana w galaktykach karłowatych, a większość z nich znajduje się w środowiskach o wysokiej metaliczności. Jak więc znaleźć nasze reliktowe zalążki?

Według zespołu naukowców, kierowanego przez Jennę Cann (George Mason University), nadszedł czas na inne podejście. Zamiast polegać na sygnaturach optycznych, Cann i jej współpracownicy skupiają się na poszukiwaniu linii koronalnych – linii emisyjnych w bliskiej podczerwieni, wytwarzanych przez jony wzbudzane przez wysokoenergetyczne promieniowanie. Obecność tych linii może ujawnić ukryte AGN-y, nawet jeżeli galaktyka nie wykazuje oznak AGN w emisji optycznej.

Odkrycie reliktu
W najnowszym badaniu Cann i jej zespół dowodzą, że ich unikalna metoda działa: wykryli linię koronalną w J1601+3113: pobliskiej galaktyce o niskiej metaliczności, która ma zaledwie 1/10 masy Wielkiego Obłoku Magellana! Detekcja autorów badania jest zgodna z obecnością supermasywnej czarnej dziury o masie około 100 000 mas Słońca, co otwiera okno na dokładnie takie zalążki reliktowych czarnych dziur, jakie mamy nadzieję znaleźć.

Odkrycie Cann i współpracowników oznacza, że po raz pierwszy zidentyfikowano AGN w galaktyce o niskiej masie, niskiej metaliczności, w której nie ma optycznych oznak aktywności AGN, co podkreśla, że technika linii koronalnej może pomóc nam w znalezieniu aktywnych galaktyk, które w przeciwnym razie mogłyby pozostać niewykryte.

A dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba, który ma zostać wystrzelony w 2021 roku, będziemy wkrótce (miejmy nadzieję!) zbierać widma w podczerwieni z niespotykaną dotąd czułością. Przy odrobinie szczęścia będziemy mieli dostęp do nowej, niezwykłej populacji lekkich AGN-ów ukrywających się w małych galaktykach o niskiej metaliczności – a wraz z nią cenne spojrzenie w to, jak te obiekty się narodziły.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Mgławice planetarne w odległych galaktykach

Korzystając z danych z instrumentu MUSE , naukowcom z Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) udało się wykryć niezwykle słabe mgła...