Grawitacyjny „kopniak” może wyjaśnić dziwny kształt w centrum Andromedy

Kiedy dwie galaktyki zderzają się ze sobą, supermasywne czarne dziury w ich jądrach wyzwalają niszczycielskiego grawitacyjnego „kopa”. Nowe badania prowadzone przez Uniwersytet Kolorado sugerują, że ten kopniak może być tak potężny, że może przemieścić miliony gwiazd na niefortunne orbity.

Badania, opublikowane 29 października 2021 roku w The Astrophysical Journal Letters, pomagają rozwiązać trwającą od dziesięcioleci zagadkę dziwnie ukształtowanej gromady gwiazd w sercu Galaktyki Andromedy. Może również pomóc naukowcom lepiej zrozumieć proces wzrostu galaktyk poprzez wzajemne zasilanie się.

Kiedy naukowcy po raz pierwszy spojrzeli na Andromedę, spodziewali się zobaczyć supermasywną czarną dziurę otoczoną stosunkowo symetrycznym skupiskiem gwiazd – powiedziała Ann-Marie Madigan z JILA. Zamiast tego, znaleźliśmy tę ogromną, wydłużoną masę.

Teraz ona i jej koledzy uważają, że mają wytłumaczenie.

W latach 70. ubiegłego stulecia naukowcy wypuścili balony wysoko w ziemską atmosferę, aby w świetle ultrafioletowym przyjrzeć się Andromedzie, galaktyce najbliższej Drodze Mlecznej. Kosmiczny Teleskop Hubble’a kontynuował te wstępne obserwacje w latach 90. i dostarczył zaskakujących odkryć: podobnie jak nasza własna galaktyka, Andromeda ma kształt olbrzymiej spirali. Jednak obszar bogaty w gwiazdy w pobliżu jej centrum nie wygląda tak, jak powinien – orbity tych gwiazd przybierają dziwny, owalny kształt.

I nikt nie wiedział, dlaczego. Naukowcy nazywają ten wzór „ekscentrycznym dyskiem jądrowym”.

W nowym badaniu zespół wykorzystał symulacje komputerowe, aby prześledzić, co się dzieje gdy dwie supermasywne czarne dziury zderzają się ze sobą – Andromeda prawdopodobnie uformowała się podczas podobnego zderzenia miliardy lat temu. W oparciu o obliczenia zespołu, siła generowana przez takie zderzenie mogłaby zginać i ciągnąć orbity gwiazd w pobliżu centrum galaktyki, tworząc ten charakterystyczny, wydłużony kształt.

Kiedy galaktyki łączą się, ich supermasywne czarne dziury zbliżają się do siebie i w końcu stają się jedną czarną dziurą – powiedział Tatsuya Akiba, główny autor badania i student astrofizyki. Chcieliśmy się dowiedzieć: jakie są tego konsekwencje?

Zaginanie przestrzeni i czasu
Akiba dodał, że odkrycia zespołu pomagają ujawnić niektóre z sił, które mogą napędzać różnorodność szacowanych obecnie dwóch bilionów galaktyk we Wszechświecie – niektóre z nich wyglądają bardzo podobnie do spiralnej Drogi Mlecznej, podczas gdy inne wyglądają bardziej jak piłki nożne lub nieregularne plamy.

Zderzenia mogą odgrywać ważną rolę w kształtowaniu tych mas gwiazd: Akiba twierdzi, że kiedy galaktyki zderzają się ze sobą, czarne dziury w ich centrach mogą zacząć wirować wokół siebie, poruszając się coraz szybciej i szybciej, aż w końcu zderzą się ze sobą. W procesie tym wyzwalają olbrzymie impulsy fal grawitacyjnych.

Te fale grawitacyjne będą przenosić pęd z dala od pozostałej czarnej dziury, a to spowoduje odrzut – powiedział Akiba.

On i Madigan chcieli wiedzieć, co takie odrzuty mogą zrobić z gwiazdami znajdującymi się w odległości jednego parseka od centrum galaktyki. Andromeda, którą można zobaczyć nieuzbrojonym okiem z Ziemi, rozciąga się na szerokość dziesiątek tysięcy parseków.

Galaktyczny odrzut
Duet użył komputerów do zbudowania modeli fałszywych centrów galaktycznych zawierających setki gwiazd – a następnie kopnął centralną czarną dziurę, aby zasymulować odrzut fal grawitacyjnych.

Madigan wyjaśniła, że fale grawitacyjne wytwarzane przez tego rodzaju katastrofalne zderzenia nie wpłyną bezpośrednio na gwiazdy w galaktyce. Ale odrzut wyrzuci pozostałą supermasywną czarną dziurę z powrotem w przestrzeń – z prędkością, która może osiągnąć milionów km/h, nieźle jak na ciało o masie miliony lub miliardy razy większej niż masa Słońca.

Zespół odkrył, że kiedy jednak czarne dziury nie uciekają, mogą pociągać za sobą orbity gwiazd znajdujących się w pobliżu, powodując ich rozciąganie. Rezultat wygląda bardzo podobnie do kształtu, jaki naukowcy widzą w centrum Andromedy.

Madigan i Akiba powiedzieli, że chcą rozwijać swoje symulacje, aby móc bezpośrednio porównać wyniki komputerowe z rzeczywistym jądrem galaktyki – które zawiera wielokrotnie więcej gwiazd. Zauważyli, że ich odkrycia mogą również pomóc naukowcom w zrozumieniu niezwykłych zjawisk zachodzących wokół innych obiektów we Wszechświecie, takich jak planety krążące wokół tajemniczych ciał zwanych gwiazdami neutronowymi.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Uniwersytet Kolorado

Vega

Na ilustracji: Galaktyka Andromedy widziana przez sondę WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer). Źródło: NASA/JPL-Caltech/UCLA

Dodaj komentarz

Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.