Astronomowie od dawna zastanawiają się, w jaki sposób supermasywne czarne dziury rosną tak duże. Teraz naukowcy odkryli wirujący magnetyczny wiatr, który ich zdaniem pomaga rosnąć supermasywnej czarnej dziurze.
Supermasywne czarne dziury stawiają przed astronomami na całym świecie pytania, na które nie ma odpowiedzi, w tym pytanie „w jaki sposób rosną tak duże?”. Teraz międzynarodowy zespół astronomów, w tym naukowcy z Chalmers University of Technology w Szwecji, odkrył potężny wirujący, magnetyczny wiatr, który ich zdaniem pomaga centralnej supermasywnej czarnej dziurze w galaktyce rosnąć. Wirujący wiatr, ujawniony za pomocą teleskopu ALMA w pobliskiej galaktyce ESO320-G030, sugeruje, że podobne procesy są zaangażowane zarówno we wzrost czarnej dziury, jak i narodziny gwiazd.
Większość galaktyk, w tym nasza własna Droga Mleczna, posiada w swoim centrum supermasywną czarną dziurę. Astronomowie od dawna zastanawiają się, w jaki sposób te zadziwiająco masywne obiekty osiągają masę milionów lub miliardów gwiazd.
W poszukiwaniu wskazówek dotyczących tej tajemnicy, zespół naukowców kierowany przez Marka Gorskiego (Northwestern University i Chalmers) i Susanne Aalto (Chelmers) postanowił zbadać stosunkowo pobliską galaktykę ESO320-G030, odległą o zaledwie 120 milionów lat świetlnych. Jest to bardzo aktywna galaktyka, w której gwiazdy powstają dziesięć razy szybciej niż w naszej własnej Galaktyce.
Ponieważ galaktyka ta jest bardzo jasna w podczerwieni, teleskopy mogą dostrzec uderzające szczegóły w jej centrum. Chcieliśmy zmierzyć światło cząsteczek unoszonych przez wiatry z jądra galaktyki, mając nadzieję na prześledzenie, w jaki sposób wiatry są uruchamiane przez rosnącą supermasywną czarną dziurę. Korzystając z ALMA, byliśmy w stanie zbadać światło zza grubych warstw pyłu i gazu – powiedziała Susanne Aalto, profesor radioastronomii na Chalmers University of Technology.
Cząsteczki ujawniły wiatr
Aby wyzerować gęsty gaz znajdujący się jak najbliżej centralnej czarnej dziury, naukowcy zbadali światło z cząsteczek cyjanowodoru (HCN). Dzięki zdolności ALMA do obrazowania drobnych szczegółów i śledzenia ruchów w gazie – wykorzystując efekt Dopplera – odkryli wzorce sugerujące obecność namagnesowanego, wirującego wiatru.
Podczas gdy inne wiatry i strumienie w centrum galaktyk odpychają materię od supermasywnej czarnej dziury, nowo odkryty wiatr dodaje kolejny proces, który może zamiast tego zasilać czarną dziurę i pomagać jej rosnąć.
Widzimy, jak wiatry tworzą spiralną strukturę wypływającą z centrum galaktyki. Kiedy zmierzyliśmy rotację, masę i prędkość materii wypływającej na zewnątrz, ze zdziwieniem stwierdziliśmy, że możemy wykluczyć wiele wyjaśnień siły wiatru, na przykład formowaniem się gwiazd. Zamiast tego przepływ na zewnątrz może być napędzany przez napływ gazu i wydaje się być utrzymywany razem przez pola magnetyczne – powiedziała Susanne Aalto.
Naukowcy uważają, że wirujący wiatr magnetyczny pomaga czarnej dziurze rosnąć.
Materia przemieszcza się wokół czarnej dziury, zanim może do niej wpaść – jak woda wokół odpływu. Materia zbliżająca się do czarnej dziury gromadzi się w chaotycznym, wirującym dysku. Tam rozwijają się i wzmacniają pola magnetyczne. Pola magnetyczne pomagają unieść materię z dala od galaktyki, tworząc spiralny wiatr. Utrata materii na rzecz tego wiatru spowalnia również wirujący dysk – oznacza to, że materia może łatwiej przepływać do czarnej dziury, zmieniając strużkę w strumień.
Podobnie jak rodzą się gwiazdy
Dla Marka Gorskiego sposób, w jaki to się dzieje, uderzająco przypomina środowisko w kosmosie na znacznie mniejszą skalę: wiry gazu i pyłu, które prowadzą do narodzin nowych gwiazd i planet.
Powszechnie wiadomo, że galaktyki na pierwszych etapach swojej ewolucji rosną za pomocą wirujących wiatrów – przyspieszanych przez pola magnetyczne, tak jak wiatr w tej galaktyce. Nasze obserwacje pokazują, że supermasywne czarne dziury i małe gwiazdy mogą rosnąć w podobnych procesach, ale w bardzo różnych skalach – powiedział Mark Gorski.
Czy to odkrycie może być wskazówką do rozwiązania zagadki wzrostu supermasywnych czarnych dziur? W przyszłości Mark Gorski, Susanne Aalto i ich koledzy chcą zbadać inne galaktyki, które mogą posiadać ukryte spiralne wypływy w swoich jądrach.
Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Astronomy and Astrophysics.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak