Jak supermasywne czarne dziury wpływają na formowanie się gwiazd?
Astronomowie przyjrzeli się bliżej temu, jak supermasywne czarne dziury wpływają na formownie się gwiazd i odkryli, że spowalniają one ich tworzenie nie tylko w galaktykach, które zamieszkują, ale również w innych oddalonych o miliony lat świetlnych.
.W ramach nowego badania, naukowcy z University of Arizona, odkryli, że intensywne promieniowanie emitowane przez supermasywne czarne dziury, które najprawdopodobniej znajdują się w jądrach większości galaktyk, może spowalniać wzrost gwiazd nie tylko w galaktyce macierzystej, ale także w tych oddalonych o miliony lat świetlnych. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „The Astrophysical Journal Letters”.
„Tradycyjnie uważano, że ponieważ galaktyki są tak daleko od siebie, ewoluują w dużej mierze samodzielnie. Ale odkryliśmy, że bardzo aktywna, supermasywna czarna dziura w jednej galaktyce może wpływać na inne galaktyki oddalone o miliony lat świetlnych, co sugeruje, że ewolucja tych struktur może być ze sobą powiązana” – mówi Yongda Zhu z University of Arizona.
Naukowcy określili to założenie „ekosystemem galaktycznym” i porównali ją do połączonych systemów ekologicznych na Ziemi. Zdaniem badaczy, aktywna supermasywna czarna dziura przypomina głodnego dominującego drapieżnika, który pożera materię i wpływa na to, jak gwiazdy w pobliskich galaktykach rosną.
Jak wskazują astronomowie, czarne dziury są najbardziej ekstremalnymi obiektami we Wszechświecie, zawierają ogromną masę, a ich siła grawitacji zdolna jest pochwycić pobliską materię, a nawet światło, jeśli się do niej zbliży. Największe z nich, takie jak centralna czarna dziura Drogi Mlecznej, znane są jako „supermasywne”, posiadają one masy milionów, a czasem nawet miliardów razy większe od masy Słońca. Obiekty te nie są możliwe do bezpośredniej obserwacji, jednak, gdy aktywnie pożerają otaczającą materię, mogą pojawiać się jako niezwykle jasne punkty na zdjęciach z teleskopów, emitując biliony razy więcej energii niż nasza gwiazda.
Astronomowie nazywają tego typu aktywne obiekty kwazarami, fazą w życiu czarnej dziury, gdy gaz i pył tworzą wokół niej wirujący dysk, który uwalnia ogromne ilości energii podczas opadania na nią wewnątrz, często przewyższając jasnością całą galaktykę macierzystą.
Wstępne obserwacje z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba wydawały się przedstawiać mniej galaktyk zawierających kwazary we wczesnym Wszechświecie. Zdaniem badaczy, było to niezwykłe, ponieważ duże galaktyki zwykle znajdowane są w gęstych gromadach, a nie w izolacji.
„Byliśmy zaskoczeni. Następnie zdaliśmy sobie sprawę, że galaktyki mogą faktycznie tam być, ale trudno je wykryć, ponieważ ich forowanie się gwiazd zostało stłumione. Mogło to wskazywać, że bardzo jasne, supermasywne czarne dziury mogą wpływać nie tylko na własne galaktyki, ale także hamować formowanie się gwiazd w sąsiednich strukturach” – twierdzi Yongda Zhu.
Aby przetestować to założenie, astronomowie zbadali jeden z najjaśniejszych kwazarów jaki kiedykolwiek zaobserwowano, oznaczony J0100+2802, napędzany przez supermasywną czarną dziurę o masie około 12 miliardów mas Słońca. Światło z tego obiektu pozwoliło naukowcom zobaczyć Wszechświat, gdy ten nie osiągnął jeszcze nawet 1 miliarda lat.
Naukowcy w ramach nowego badania posłużyli się Teleskopem Webba do pomiaru emisji specyficznego gazu zwanego jako O III, zjonizowanej wersji tlenu, który wskazuje na niedawną formację gwiazd w galaktykach. Niższa zawartość O III wskazuje na zakłócenie idealnych warunków formowania gwiazd w dużych obłokach zimnego gazu.
Astronomowie zaobserwowali wyraźną różnicę między galaktykami w promieniu miliona lat świetlnych od badanego kwazara, odkryli, że wykazywały one słabszą emisję O III w stosunku do swojego promieniowania ultrafioletowego, co wskazywało na zahamowanie, niedawnej aktywności gwiazdotwórczej.
„Czarne dziury są znane z tego, że pożerają otaczającą materię, ale podczas aktywnego procesu tego pochłaniania w swojej jasnej formie kwazara emitują również bardzo silne promieniowanie. Które z kolei wpływa na wodór molekularny, który tworzy ogromne obłoki gazu, hamując jego zdolność do gromadzenia się i przekształcania w nowe gwiazdy” – podkreśla Yongda Zhu.
Jak opisują naukowcy, gwiazdy wymagają bardzo specyficznych warunków do powstania, w tym dużych zasobów zimnego wodoru molekularnego, który działa jako paliwo do ich formowania się.
Badacze wiedzieli już, że kwazary, często znajdujące się w centrach młodych, szybko rosnących galaktyk, mogą niszczyć ten gaz w swoich własnych galaktykach macierzystych, zatrzymując lokalną formację gwiazd. Jednak to tej pory nie było jasne czy ten destrukcyjny wpływ rozciąga się na inne oddalone struktury kosmiczne. W ramach nowego badania, astronom udało się dzięki obserwacjom kwazara, który istniał ponad 13 miliardów lat temu, znaleźć dowody wskazujące na zahamowanie wzrostu gwiazd na znacznie większą skalę.
„Po raz pierwszy mamy dowody na to, że promieniowanie emitowane przez kwazar może mieć wpływ w skali międzygalaktycznej. Obiekty tego typu nie tylko hamują formowanie się gwiazd w swoich galaktykach macierzystych, ale także w innych pobliskich w promieniu co najmniej miliona lat świetlnych” – podkreśla Yongda Zhu.
.„Zrozumienie, jak galaktyki wpływały na siebie nawzajem we wczesnym Wszechświecie, dostarcza nam więcej informacji jak powstała nasza Droga Mleczna. Teraz zdajemy sobie sprawę, że supermasywne czarne dziury mogły odgrywać znacznie większą rolę w ewolucji galaktyk niż sądziliśmy, wpływając na wzrost gwiazd w innych pobliskich strukturach” – podsumowuje Yongda Zhu.
Oprac. EG
