Supermasywna czarna dziura wpływa na formowanie się gwiazd

Potężne strumienie supermasywnej czarnej dziury zmieniają warunki formowania się gwiazd w obłokach międzygwiazdowych.

Na ilustracji: U góry: artystyczna wizja pochłaniania gwiazdy przez supermasywną czarną dziurę. Na dole: możliwa obserwacja takiego procesu w galaktyce RXJ 1242-11. Źródło: NASA.

Europejski zespół astronomów wymodelował kilka linii emisyjnych w obserwacjach Atacama Large Millimeter Array (ALMA) i Very Large Telescope (VLT), aby zmierzyć ciśnienie gazu zarówno w obłokach uderzanych przez dżety, jak i obłokach otaczających. Dzięki tym bezprecedensowym pomiarom, których wyniki opublikowano niedawno w Nature Astronomy, odkryli, że strumienie znacząco zmieniają wewnętrzne i zewnętrzne ciśnienie obłoków molekularnych na swojej drodze. W zależności od tego, które z tych dwóch ciśnień zmienia się najbardziej, w tej samej galaktyce możliwa jest zarówno kompresja obłoków i uruchomienie procesów gwiazdotwórczych, jak i rozproszenie obłoków i opóźnianie tych procesów. Nasze wyniki pokazują, że supermasywne czarne dziury, nawet jeżeli znajdują się w centrach galaktyk, mogą wpływać na formowanie się gwiazd w sposób obejmujący całą galaktykę – powiedziała prof. Kalliopi Dasyra z Uniwersytetu Narodowego im. Kapodistriasa w Atenach, Grecja, dodając, że badanie wpływu zmian ciśnienia na stabilność obłoków było kluczem do sukcesu tego projektu. Gdy w wietrze faktycznie formuje się niewiele gwiazd, zwykle bardzo trudno jest wykryć ich sygnał na tle sygnału wszystkich innych w galaktyce posiadającej ten wiatr.

Uważa się, że supermasywne czarne dziury znajdują się w centrach większości galaktyk w naszym Wszechświecie. Kiedy cząsteczki, które napływały na te czarne dziury, zostają uwięzione przez pola magnetyczne, mogą być wyrzucane na zewnątrz i podróżować daleko wewnątrz galaktyk w postaci olbrzymich i potężnych strumieni plazmy. Strumienie te są często prostopadłe do dysków galaktycznych. Jednak w IC 5063, galaktyce odległej o 156 milionów lat świetlnych, strumienie faktycznie rozchodzą się wewnątrz dysku, oddziałując z zimnymi i gęstymi obłokami gazu molekularnego. Uważa się, że w wyniku tej interakcji może dojść do kompresji obłoków uderzeniowych przez strumienie, co prowadzi do powstania niestabilności grawitacyjnych i ostatecznie do formowania się gwiazd w wyniku kondensacji gazu.

Do eksperymentu zespół wykorzystał emisję tlenku węgla i kationu formylu (HCO+) dostarczoną przez ALMA oraz emisję zjonizowanej siarki i zjonizowanego azotu dostarczoną przez VLT. Następnie użyli zaawansowanych i innowacyjnych algorytmów astrochemicznych, aby określić warunki środowiskowe w wypływie i otaczającym ośrodku. Te warunki środowiskowe zawierają informacje o sile dalekiego promieniowania UV gwiazd, szybkości, z jaką relatywistyczne naładowane cząsteczki jonizują gaz, oraz energii mechanicznej nałożonej na gaz przez strumienie. Zawężenie tych warunków pokazało gęstości i temperatury gazu opisujące różne części tej galaktyki, które następnie zostały wykorzystane do wytworzenia ciśnienia.

Przeprowadziliśmy wiele tysięcy symulacji astrochemicznych, aby objąć szeroki zakres możliwości, jakie mogą istnieć w IC 5063 – powiedział współautor artykułu, dr Thomas Bisbas, członek DFG z Uniwersytetu w Kolonii, wcześniej z Narodowego Obserwatorium w Atenach. Wymagającą częścią pracy było skrupulatne określenie, jak największej ilości ograniczeń fizycznych na badany zakres, jaki może mieć każdy z parametrów. W ten sposób mogliśmy uzyskać optymalną kombinację parametrów fizycznych obłoków w różnych miejscach galaktyki – powiedział współautor Georgios Filippos Paraschos, doktorant w Max Planck Institute for Radio Astronomy w Bonn i były magistrant na Uniwersytecie Narodowym im. Kapodistriasa w Atenach.

W rzeczywistości ciśnienia nie były mierzone tylko dla kilku miejsc w IC 5063. Zamiast tego stworzono mapy tej i innych wielkości w centrum tej galaktyki. Mapy te pozwoliły autorom zwizualizować, jak właściwości gazu zmieniają się z jednego miejsca na drugie z powodu przejścia strumienia. Zespół oczekuje obecnie na kolejny duży krok tego projektu: wykorzystanie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba do dalszych badań ciśnienia w zewnętrznych warstwach obłoku, sondowanych przez ciepłe H2. Jesteśmy naprawdę podekscytowani otrzymaniem danych z JWST, powiedziała dr Dasyra, ponieważ umożliwią nam one badanie interakcji strumień-obłok w niebotycznej rozdzielczości.

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