Odkrycie relatywistycznych dżetów wytwarzających bąble w centralnej części Galaktyki Filiżanki

Badania przeprowadzone przez Anelise Audibert, badaczkę z IAC, ujawniły proces, który wyjaśnia osobliwą morfologię centralnego regionu galaktyki Filiżanki, masywnego kwazara znajdującego się 1,3 miliarda lat świetlnych od nas.

Zwarty strumień radiowy w centrum galaktyki Filiżanki wieje bocznym turbulentnym wiatrem w zimnym gęstym gazie, jak przewidują symulacje.
Źródło: HST/ ALMA/ VLA/ M. Meenakshi/ D. Mukherjee/ A. Audibert

Obiekt ten charakteryzuje się obecnością rozszerzających się bąbli gazu wytwarzanych przez wiatry emitujące z jego centralnej supermasywnej czarnej dziury. Badanie potwierdza, że zwarty strumień, widoczny jedynie na falach radiowych, zmienia kształt i zwiększa temperaturę otaczającego go gazu, wydmuchując pęcherzyki, które rozszerzają się na boki. Ustalenia te, oparte na obserwacjach teleskopu ALMA i symulacjach hydrodynamicznych, zostały opublikowane 21 marca 2023 roku w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics Letters.

Kiedy materia wpada do supermasywnej czarnej dziury w centrach galaktyk, uwalnia ogromne ilości energii i jest nazywana aktywnym jądrem galaktyki (AGN). Ułamek AGN uwalnia część tej energii w postaci strumieni wykrywalnych na falach radiowych poruszających się z prędkością bliską prędkości światła. Podczas gdy strumień przemierza galaktykę, zderza się z otaczającymi go obłokami i gazem, a w niektórych przypadkach może wypychać tę materię w postaci wiatrów. Jednak to, jakie warunki preferencyjne wyzwalają te wiatry do wydmuchiwania gazu z galaktyki, jest wciąż słabo rozumiane.

Efekt oddziaływania strumieni na zawartość galaktyk, taką jak gwiazdy, pył i gaz, odgrywa ważną rolę w tym, jak galaktyki ewoluują we Wszechświecie. Najpotężniejsze strumienie radiowe, znajdujące się w „głośnych radiowo” galaktykach, są odpowiedzialne za drastyczną zmianę losu galaktyki, ponieważ ogrzewają gaz, zapobiegając powstawaniu nowych gwiazd i wzrostowi galaktyk. Symulacje komputerowe relatywistycznych strumieni wbijających się w galaktyki dyskowe przewidują, że strumienie zmieniają kształt otaczającego gazu, wydmuchując bąbelki, gdy wnikają w głąb galaktyki. Jednym z kluczowych elementów symulacji, który sprawia, że strumienie są skuteczne w napędzaniu wiatrów, jest kąt między dyskiem gazowym a kierunkiem propagacji strumienia. Co zaskakujące, słabsze strumienie, takie jak te w „cichych radiowo” galaktykach, są w stanie wyrządzić więcej szkód w otaczającym je środowisku niż te bardzo mocne.

Międzynarodowy zespół naukowców odkrył idealny przypadek, w którym można badać oddziaływanie strumienia radiowego z zimnym gazem wokół masywnego kwazaragalaktykę Filiżanki. Filiżanka to cichy radiowo kwazar znajdujący się 1,3 miliarda lat świetlnych od nas, a jego przydomek pochodzi od rozszerzających się bąbli widocznych na obrazach optycznych i radiowych, z których jeden ma kształt uchwytu filiżanki. Dodatkowo, w centralnym regionie (o rozmiarze około 3300 lat świetlnych) znajduje się zwarty i młody strumień radiowy, który ma niewielkie nachylenie względem dysku galaktyki.

Wpływ na formowanie się gwiazd
Korzystając z obserwacji przeprowadzonych na chilijskiej pustyni przez ALMA, zespół był w stanie scharakteryzować z niespotykanym dotąd poziomem szczegółowości zimny, gęsty gaz w centralnej części Filiżanki. W szczególności wykryli emisję cząsteczek tlenku węgla, które mogą istnieć tylko w określonych warunkach gęstości i temperatury. Na podstawie tych obserwacji zespół stwierdził, że zwarty strumień, pomimo swojej niewielkiej mocy, nie tylko wyraźnie zaburza rozkład gazu i ogrzewa go, ale także przyspiesza w nietypowy sposób.

Zespół spodziewał się wykryć ekstremalne warunki w dotkniętych obszarach wzdłuż strumienia, ale kiedy przeanalizował obserwacje, odkrył, że zimny gaz jest bardziej turbulentny i cieplejszy w kierunkach prostopadłych do propagacji strumienia. Jest to spowodowane wstrząsami wywołanymi przez napędzaną strumieniami bańkę, która nagrzewa się i wydmuchuje gaz podczas swojej bocznej ekspansji, wyjaśnia A. Audibert. Mając poparcie w symulacjach komputerowych uważamy, że orientacja między dyskiem zimnego gazu a strumieniem jest kluczowym czynnikiem w skutecznym napędzaniu tych bocznych wiatrów – dodaje.

Wcześniej uważano, że strumienie o małej mocy mają znikomy wpływ na galaktykę, ale prace takie jak nasza pokazują, że nawet w przypadku galaktyk cichych radiowo strumienie mogą redystrybuować i zakłócać otaczający gaz, a to będzie miało wpływ na zdolność galaktyki do tworzenia nowych gwiazd – powiedziała Cristina Ramos Almeida, badaczka z IAC i współautorka badania.

Następnym krokiem jest obserwacja większej próbki cichych radiowo kwazarów za pomocą MEGARA, instrumentu zainstalowanego na Gran Telescopio Canarias. Obserwacje pomogą nam zrozumieć wpływ strumieni na bardziej rozrzedzony i gorący gaz oraz zmierzyć zmiany w formowaniu się gwiazd spowodowane przez wiatry. To jeden z celów projektu QSOFEED opracowanego przez międzynarodowy zespół naukowców, którego celem jest odkrycie, w jaki sposób wiatry z supermasywnych czarnych dziur wpływają na galaktyki, w których się znajdują.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Łączenie się galaktyk rzuca światło na model ewolucji galaktyk

Astronomowie ujawniają nowe cechy galaktycznych czarnych dziur

Odkryto podwójnego kwazara we wczesnym Wszechświecie