Supermasywne czarne dziury wewnątrz umierających galaktyk we wczesnym Wszechświecie

Międzynarodowy zespół astronomów wykorzystał bazę danych łączącą obserwacje z najlepszych teleskopów na świecie do wykrycia sygnału z aktywnych supermasywnych czarnych dziur w umierających galaktykach we wczesnym Wszechświecie. Pojawienie się tych aktywnych supermasywnych czarnych dziur koreluje ze zmianami w macierzystej galaktyce, co sugeruje, że czarna dziura może mieć daleko idący wpływ na jej ewolucję.

Galaktyka eliptyczna (NGC 850) – galaktyka, w której dawno temu ustała aktywność gwiazdotwórcza. Źródło: NAOJ/HSC-SSP.

W Galaktyce Drogi Mlecznej, w której żyjemy, znajdują się gwiazdy w różnym wieku, w tym te dopiero formujące się. Jednak w niektórych galaktykach, znanych jako galaktyki eliptyczne, wszystkie gwiazdy są stare i mniej więcej w tym samym wieku. Wskazuje to, że we wczesnym okresie swojej historii galaktyki eliptyczne miały czas intensywnego tworzenia gwiazd, który nagle się zakończył. Nie wiadomo dokładnie, dlaczego w niektórych galaktykach tworzenie się gwiazd zakończyło się, a w innych nie. Jedną z możliwości jest to, że supermasywna czarna dziura zaburza gaz w niektórych galaktykach, tworząc środowisko nieodpowiednie do formowania się gwiazd.

Aby sprawdzić tę teorię, astronomowie przyglądają się odległym galaktykom. Ze względu na skończoną prędkość światła, jego podróż przez pustkę kosmiczną wymaga czasu. Światło, które widzimy z obiektu odległego o 10 miliardów lat świetlnych, musiało podróżować 10 miliardów lat, aby dotrzeć do Ziemi. Dlatego światło, które widzimy dzisiaj, pokazuje nam, jak wyglądała galaktyka, gdy światło ją opuściło 10 miliardów lat temu. Tak więc patrzenie na odległe galaktyki jest jak cofanie się w czasie. Jednak odległość oznacza również, że odległe galaktyki wyglądają słabiej, co utrudnia ich badanie.

Aby pokonać te trudności, międzynarodowy zespół naukowców wykorzystał przegląd Cosmic Evolution Survey (COSMOS) do zbadania galaktyk odległych o 9,5-12,5 miliarda lat świetlnych. COSMOS łączy dane zebrane przez wiele teleskopów, w tym Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i Teleskop Subaru. COSMOS posiada dane na falach radiowych, w podczerwieni, świetle widzialnym i promieniowaniu rentgenowskim.

Zespół wykorzystał najpierw dane optyczne i podczerwone, aby zidentyfikować dwie grupy galaktyk: te, w których trwają procesy gwiazdotwórcze oraz te, w których formowanie gwiazd ustało. Stosunek sygnału do szumu w przypadku danych z zakresu promieniowania rentgenowskiego i fal radiowych był zbyt słaby, aby zidentyfikować pojedyncze galaktyki. Zespół połączył więc dane dla różnych galaktyk, aby uzyskać obraz „przeciętnych” galaktyk o wyższym stosunku sygnału do szumu. Na uśrednionych obrazach zespół potwierdził emisję zarówno promieniowania X, jak i radiowego w galaktykach bez formujących się gwiazd. Jest to pierwszy przypadek wykrycia takich emisji dla odległych galaktyk, oddalonych o ponad 10 miliardów lat świetlnych. Co więcej, wyniki pokazują, że emisje radiowe i rentgenowskie są zbyt silne, aby można je było wytłumaczyć wyłącznie gwiazdami w galaktyce, co wskazuje na obecność aktywnej supermasywnej czarnej dziury. Ten sygnał aktywności czarnej dziury jest słabszy w galaktykach, w których trwa proces gwiazdotwórczy. Wyniki te pokazują, że nagły koniec formowania się gwiazd we wczesnym Wszechświecie koreluje ze zwiększoną aktywnością supermasywnej czarnej dziury.

Dr Kei Ito z SOKENDAI w Japonii, pierwszy autor pracy, mówi: Udało nam się wykryć aktywność czarnych dziur wewnątrz umierających galaktyk nawet w odległym Wszechświecie dzięki połączeniu intensywnych obserwacji z dużych teleskopów na całym świecie. Ten wynik obserwacyjny jest ważny dla zrozumienia, dlaczego przestają one tworzyć gwiazdy.

Wynik ten sugeruje możliwość, że supermasywna czarna dziura zapobiega rozrostowi galaktyki. Nie znamy jednak jeszcze tego mechanizmu. Aby zrozumieć ten proces, zespół będzie kontynuował badania.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Dziwne fale radiowe wyłaniają się z kierunku centrum Galaktyki

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

Strumień Magellana nad Drogą Mleczną może być pięć razy bliżej niż wcześniej sądzono