Masywne czarne dziury powstają w układach dwóch galaktyk

Wyniki
                                          "symulacji"
Dwa przykłady bliskich par galaktyk. Kolorem złotym oznaczono obserwacje optyczne (teleskop VLT). Widoczne promieniowanie rentgenowskie (kolor fioletowy) pozwala ocenić, które z galaktyk posiadają aktywne jądro - AGN. Źródło: Chandra X-ray Center

Najnowsze badania dowodzą, że galaktyki występujące w związanych grawitacyjne parach (tak zwane mergery galaktyczne) z dużo większym prawdopodobieństwem formują aktywne jądro - AGN (ang. active galactic nuclei) - z supermaswyną czarną dziurą w centrum. Galaktyki aktywne to te galaktyki, w których całkowita energia w znaczącej części nie jest emitowana przez samą typową galaktyczną strukturę (gwiazdy, pył i gaz), ale przez jej centralną część. Większość energii pochodzi właśnie z jądra galaktyki. Aktywność jest bowiem wynikiem procesów zachodzących w jądrze. W pewnych typach aktywnych galaktyk obserwuje się dżety - strugi materii wyrzucane z centrum na znaczne odległości - nawet setki kiloparseków. W każdym jednak przypadku to aktywne jądro stanowi podstawowe źródło obserwowanej energii. Skąd ona się bierze ?

Standardowy model AGN zakłada, że energia wytwarzana jest podczas opadania (akrecji) materii na supermasywną czarną dziurę, przy czym niezerowy moment pędu powoduje, że opadając nań materia gwiazdy, pył) spłaszcza się do postaci dysku akrecyjnego.

Wiele galaktyk aktywnych skrywa zatem w swych centrach czarne dziury o masach rzędu co najmniej milionów mas Słońca. Nie wyjaśniono jednak dotychczas, jak tak masywne czarne dziury mogą tam powstawać. John Silverman z Uniwersytet IPMU w Kashiwie (Japonia) oraz międzynarodowy zespół naukowców "COSMOS" wykazali właśnie, iż oddziaływania grawitacyjne pomiędzy pobliskimi galaktykami są bardzo efektywne w "produkcji" takich właśnie supermasywnych czarnych dziur. Użyto w tym celu danych zebranych przez Orbitalne Obserwatorium Rentgenowskie Chandra i obserwacji optycznych z naziemnego teleskopu VLT (Very Large Telescope).

Supermasywne czarne dziury leżą we wnętrzach większości obserwowanych dziś galaktyk. Skąd jednak się tam wzięły ? Dlaczego są aż tak ciężkie? Do niedawna wiedzieliśmy tylko tyle, że takie czarne dziury znajdujemy głównie w najmasywniejszych galaktykach, a ich masy są proporcjonalne do całkowitej masy gwiazd zgromadzonych w najbardziej wewnętrznej części galaktyk - tzw. zgrubieniu centralnym (ang. "bulge".) Jednak te największe, najcięższe galaktyki powstają najczęściej na skutek zlewania się dwóch lub więcej galaktyk znajdujących się początkowo blisko siebie. Takie zderzenia galaktyk mogą też wyjaśniać, w jaki sposób znajdująca się w nich materia zaczyna gromadzić się w centrum nowo powstałego obiektu, w efekcie powodując narodziny masywnej czarnej dziury.

Można wyobrazić sobie prosty test, który pozwoli nam określić, czy faktycznie supermasywne czarne dziury częściej znajdywane są w galaktykach, które przeszły etap zlewania się (mergera), niż w pojedynczych izolowanych galaktykach. Brzmi to jasno, jednak w praktyce test ten nie jest aż tak łatwy do przeprowadzenia, ponieważ zazwyczaj jasno świecące jądro galaktyczne przesłania znacznie swym blaskiem całą galaktyczną strukturę. Nie sposób zatem określić, czy struktura ta wygląda jak dwie łączące się galaktyki, czy też jak zwykły, pojedynczy obiekt, ponieważ na fotografiach prawie nigdy nie widać jej kształtu.

Naukowcy przeprowadzili jednak nieco inne badania. Założyli, że dana galaktyka z dużym prawdopodobieństwem jest na etapie grawitacyjnego oddziaływania z inną, o ile posiada takie bliskie galaktyczne sąsiedztwo - to znaczy, jeśli inna galaktyka jest obserwowana bardzo blisko niej. Wyselekcjonowano zatem, na podstawie obserwacji teleskopem VLT, dwie próbki: galaktyki z sąsiedztwem oraz izolowane. Następnie sprawdzono, w której próbce w galaktykach występują aktywne centra - AGN-y - przy pomocy obserwacji teleskopem rentgenowskim Chandra (formujące się czarne dziury w jądrach galaktyk emitują silnie promieniowanie w tym zakresie widma i są bardzo charakterystyczne dla zjawiska aktywności). Okazało się, że galaktyki występujące w parach statystycznie z dwukrotnie większym prawdopodobieństwem posiadają aktywne jądro w stosunku do galaktyk izolowanych. Wynikać z tego może też, że za sam proces początkowego formowania się zalążka masywnej czarnej dziury w takich obiektach odpowiadają siły związane z samym zlewaniem się dwóch galaktyk w jedną.


30 października 2011
Źródło
| Elżbieta Kuligowska

Liczba odsłon: 1077