Dane uzyskane za pomocą instrumentu DESI ujawniają największe jak dotąd próbki czarnych dziur o masach pośrednich i galaktyk karłowatych zawierających aktywne czarne dziury, ponad trzykrotnie zwiększając istniejący spis obu tych obiektów.
Źródło: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/M. Zamani
Korzystając z wczesnych danych z Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), międzynarodowy zespół naukowców zebrał największą jak dotąd próbkę galaktyk karłowatych, w których znajdują się aktywnie żerujące czarne dziury, a także najobszerniejszą jak dotąd kolekcję kandydatów na czarne dziury o masie pośredniej. To podwójne osiągnięcie nie tylko poszerza wiedzę naukowców na temat populacji czarnych dziur we Wszechświecie, ale także przygotowuje grunt pod dalsze badania dotyczące powstawania pierwszych czarnych dziur we Wszechświecie i ich roli w ewolucji galaktyk.
DESI to najnowocześniejszy instrument, który może rejestrować światło z 5000 galaktyk jednocześnie. Jest on zainstalowany na 4-metrowym teleskopie Nicholas U. Mayall należącym do National Science Foundation (NSF) w NSF Kitt Peak National Observatory. Program jest obecnie w trakcie czwartego z pięciu lat badań nieba i ma na celu obserwację około 40 milionów galaktyk i kwazarów do czasu zakończenia projektu.
Wczesne dane DESI zawierają prawie 3,5 miliona unikalnych widm galaktyk. Próbka wykorzystana w tej pracy została wybrana na podstawie przesunięcia ku czerwieni (odległości) i dokładnego wykrycia linii emisyjnych. Dzięki wczesnym danym DESI, które obejmują optymalizację badań i 20% pierwszego roku działalności, zespół kierowany przez doktor habilitowaną Uniwersytetu w Utah, Ragadeepikę Pucha, był w stanie uzyskać bezprecedensowy zestaw danych, który obejmuje widma 410 000 galaktyk, w tym około 115 000 galaktyk karłowatych – małych, rozproszonych galaktyk zawierających od tysięcy do kilku miliardów gwiazd i bardzo mało gazu. Ten obszerny zestaw danych pozwolił Pucha i jej zespołowi na zbadanie złożonej interakcji między ewolucją czarnych dziur a ewolucją galaktyk karłowatych.
Podczas gdy astrofizycy są dość pewni, że wszystkie masywne galaktyki, takie jak nasza Droga Mleczna, zawierają w swoich jądrach czarne dziury, obraz staje się niejasny, gdy przesuwamy się w kierunku końca spektrum o niskiej masie. Znalezienie czarnych dziur jest wyzwaniem samym w sobie, ale zidentyfikowanie ich w galaktykach karłowatych jest znacznie trudniejsze ze względu na ich niewielkie rozmiary i ograniczoną zdolność naszych obecnych instrumentów do rozpoznawania obszarów w pobliżu tych obiektów. Aktywnie żerująca czarna dziura jest jednak łatwiejsza do wykrycia.
Kiedy czarna dziura w centrum galaktyki zaczyna się odżywiać, uwalnia ogromną ilość energii do otoczenia, przekształcając się w to, co nazywamy aktywnym jądrem galaktycznym – powiedziała Pucha. Ta dramatyczna aktywność służy jako latarnia morska, pozwalając nam zidentyfikować ukryte czarne dziury w tych małych galaktykach – dodała.
W wyniku swoich poszukiwań zespół zidentyfikował zdumiewającą liczbę 2500 galaktyk karłowatych goszczących galaktyki aktywne (AGN) – największą próbkę, jaką kiedykolwiek odkryto. Znacznie wyższa frakcja galaktyk karłowatych goszczących AGN (2%) w porównaniu z poprzednimi badaniami (0,5%) jest ekscytującym wynikiem i sugeruje, że naukowcom brakowało znacznej liczby nieodkrytych czarnych dziur o niskiej masie.
Znalezienie tak dużej liczby AGN w galaktykach karłowatych może dać nam wskazówkę, w jaki sposób powstały pierwsze czarne dziury we wczesnym Wszechświecie – powiedziała Mar Mezcua, naukowiec ICE-CSIC i IEEC, współautorka badań i ekspert w dziedzinie AGN i czarnych dziur o masie pośredniej.
Czarne dziury o masie pośredniej
W ramach przeszukiwania danych DESI zespół zidentyfikował 300 kandydatów na czarne dziury o masie pośredniej – jest to jak dotąd najobszerniejsza kolekcja. Większość czarnych dziur ma masę gwiazdową (mniej niż 100 razy większą od masy naszego Słońca) lub supermasywną (ponad milion razy większą od masy naszego Słońca). Czarne dziury znajdujące się pomiędzy tymi dwoma ekstremami są słabo poznane, ale teoretycznie są reliktami pierwszych czarnych dziur powstałych we wczesnym Wszechświecie i zalążkami supermasywnych czarnych dziur, które dziś znajdują się w jądrach dużych galaktyk. Jednak pozostają one nieuchwytne, a do tej pory znanych było tylko około 100-150 kandydatów na czarne dziury o masie pośredniej. Dzięki dużej populacji odkrytej przez DESI, naukowcy mają teraz nowy, potężny zestaw danych do wykorzystania w badaniu tych kosmicznych zagadek.
Zazwyczaj oczekuje się, że czarne dziury znalezione w galaktykach karłowatych będą miały masę pośrednią. Co ciekawe, tylko 70 z nowo odkrytych kandydatów na czarne dziury o masie pośredniej pokrywa się z kandydatami na ANG w galaktykach karłowatych. Dodaje to kolejną warstwę ekscytacji do odkryć i rodzi pytania dotyczące powstawania i ewolucji czarnych dziur w galaktykach.
Na przykład, czy istnieje jakikolwiek związek między mechanizmami powstawania czarnych dziur a typami galaktyk, które one zamieszkują? – powiedziała Pucha. Nasze bogactwo nowych kandydatów pomoże nam zagłębić się w te tajemnice wzbogacając nasze rozumienie czarnych dziur i ich kluczowej roli w ewolucji galaktyk – dodała.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
