Czarna dziura zapoczątkowała formowanie się gwiazd w galaktyce karłowatej

Czarne dziury często są opisywane jako potwory Wszechświata – rozdzierają gwiazdy, pożerają wszystko, co znajdzie się zbyt blisko i utrzymują światło w niewoli. Szczegółowe dane z HST ukazują jednak czarną dziurę w nowym świetle: sprzyja ona powstawaniu gwiazd, a nie tłumi je.

Gwiazdotwórcza galaktyka karłowata Henize 2-10.
Źródło: SCIENCE: NASA, ESA, Zachary Schutte (XGI), Amy Reines (XGI).

Często przedstawiane jako niszczycielskie potwory, które trzymają światło w niewoli, czarne dziury odgrywają mniej nikczemną rolę w najnowszych badaniach przeprowadzonych przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Czarna dziura znajdująca się w sercu galaktyki karłowatej Henize 2-10 tworzy gwiazdy, zamiast je pochłaniać. Czarna dziura najwyraźniej przyczynia się do powstania nowych gwiazd w galaktyce. Wspominana galaktyka znajduje się w odległości 30 milionów lat świetlnych stąd, w gwiazdozbiorze Kompasu, na niebie południowym.

Dekadę temu ta mała galaktyka wywołała wśród astronomów debatę na temat tego, czy galaktyki karłowate posiadają czarne dziury proporcjonalne do supermasywnych potworów znajdujących się w sercach większych galaktyk. Nowe odkrycie pokazuje, że Henize 2-10, zawierająca zaledwie 1/10 liczby gwiazd występujących w naszej Drodze Mlecznej, może odegrać istotną rolę w rozwiązaniu zagadki, skąd w ogóle wzięły się supermasywne czarne dziury.

Dziesięć lat temu, kiedy jako studentka myślałam, że swoją karierę poświęcę formowaniu się gwiazd, spojrzałam na dane z Henize 2-10 i wszystko się zmieniło – powiedziała Amy Reines, która w 2011 roku opublikowała pierwsze dowody na istnienie czarnej dziury w galaktyce, i jest współautorką pracy opublikowanej 19 stycznia 2022 roku w Nature.

Od początku wiedziałam, że w Henize 2-10 dzieje się coś niezwykłego i wyjątkowego, a teraz Hubble dostarczył bardzo wyraźny obraz połączenia między czarną dziurą a sąsiednim regionem gwiazdotwórczym znajdującym się 230 lat świetlnych od czarnej dziury – powiedziała Reines.

Tym połączeniem jest wypływ gazu rozciągający się w przestrzeni kosmicznej od jasnego gwiezdnego żłobka. Gdy pojawił się wypływ o niskiej prędkości, w regionie tym znajdował się już gęsty kokon gazu. Spektroskopia Hubble’a pokazuje, że wypływ poruszał się z prędkością ponad półtora miliona km/h, uderzając w gęsty gaz i rozgrzewając się. Nowo narodzone gromady gwiazd przecinają ścieżkę rozprzestrzeniania się wypływu, a ich wiek również został obliczony przez Hubble’a.

Jest to efekt odwrotny do tego, co można zaobserwować w większych galaktykach, gdzie materia opadająca w kierunku czarnej dziury jest porywana przez otaczające ją pola magnetyczne, tworząc płonące strumienie plazmy poruszające się z prędkością bliską prędkości światła. Obłoki gazu złapane na drodze tych strumieni zostałyby podgrzane w stopniu znacznie przekraczającym ich zdolność do ochłodzenia się i uformowania gwiazd. Jednak w przypadku mniej masywnej czarnej dziury w Henize 2-10, i jej łagodniejszego wypływu, gaz został sprężony na tyle, by spowodować powstanie nowych gwiazd.

Od czasu pierwszego odkrycia charakterystycznych emisji radiowych i rentgenowskich w Henize 2-10, Reines uważała, że prawdopodobnie pochodzą one od masywnej czarnej dziury, ale nie tak supermasywnej, jak te obserwowane w większych galaktykach. Inni astronomowie uważali jednak, że promieniowanie to jest raczej emitowane przez pozostałości po supernowej, co jest znanym zjawiskiem w galaktyce szybko pompującej masywne gwiazdy, które szybko eksplodują.

Reines spodziewała się, że w przyszłości jeszcze więcej badań zostanie skierowanych na czarne dziury w galaktykach karłowatych, w celu wykorzystania ich jako wskazówki do rozwiązania zagadki, w jaki sposób supermasywne czarne dziury powstały we wczesnym Wszechświecie. Jest to uporczywa zagadka dla astronomów. Związek pomiędzy masą galaktyki a jej czarną dziurą może dostarczyć wskazówek. Czarna dziura w Henize 2-10 ma masę około miliona mas Słońca. W większych galaktykach czarne dziury mogą mieć masę ponad miliard razy większą od słonecznej. Im masywniejsza galaktyka-gospodarz, tym masywniejsza jest centralna czarna dziura.

Obecne teorie na temat pochodzenia supermasywnych czarnych dziur dzielą się na trzy kategorie:
  1. powstały tak, jak mniejsze czarne dziury o masie gwiazdowej, w wyniku zapadnięcia się gwiazdy, i w jakiś sposób zgromadziły dużo materiału, aby stać się supermasywnymi;
  2. specjalne warunki we wczesnym Wszechświecie pozwoliły na powstanie supermasywnych gwiazd, które zapaliły się, tworząc od razu masywne „nasiona” czarnych dziur, lub
  3. nasiona przyszłych supermasywnych czarnych dziur narodziły się w gęstych gromadach gwiazd, gdzie ogólna masa gromady byłaby wystarczająca, aby w jakiś sposób stworzyć je w wyniku kolapsu grawitacyjnego.

Jak dotąd, żadna z tych teorii „zasiewu” czarnych dziur nie wyszła na prowadzenie. Galaktyki karłowate, takie jak Henize 2-10, oferują obiecujące potencjalne wskazówki, ponieważ pozostały one małe w kosmicznym czasie, zamiast ulegać wzrostowi i fuzjom większych galaktyk, takich jak Droga Mleczna. Astronomowie uważają, że czarne dziury w galaktykach karłowatych mogą służyć jako odpowiednik dla czarnych dziur we wczesnym Wszechświecie, kiedy te dopiero zaczynały się formować i rosnąć.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Czarna dziura wyrzuca gwiezdne szczątki

Astronomowie potwierdzają istnienie kosmicznej super-pustki, która podważa nasze rozumienie ciemnej energii

Astronomowie są świadkami, jak umierająca gwiazda osiąga swój koniec