Spiralny wiatr pomaga supermasywnej czarnej dziurze w galaktyce ESO320-G030 rosnąć, wspomagany przez pola magnetyczne. Na tej ilustracji rdzeń galaktyki jest zdominowany przez wirujący wiatr gęstego gazu wychodzący na zewnątrz z (ukrytej) supermasywnej czarnej dziury w samym centrum galaktyki. Ruchy gazu śledzone za pomocą światła cząsteczek cyjanowodoru mierzono za pomocą teleskopu ALMA. Źródło: MD Gorski/Aaron Geller/Northwestern University/CIERA
Nowo odkryty proces przypomina proces narodzin gwiazd i planet.
A Uniwersytet Północno-Zachodni uczyć się używając ALMA Dane z obserwatoriów ujawniły, że wirujące wiatry magnetyczne przyspieszają wzrost supermasywnych czarnych dziur, podobnie jak procesy formowania się gwiazd. To odkrycie w galaktyce ESO320-G030 zapewnia nowy wgląd w mechanizmy wzrostu masywnych istot kosmicznych.
Badając pobliską galaktykę ESO320-G030, zespół międzynarodowych astronomów pod kierownictwem Northwestern University odkrył niezwykle potężne wirujące wiatry magnetyczne, które pomagają supermasywnemu centrum galaktyki czarna dziura rosnąć.
Proces ten jest uderzająco podobny do narodzin nowych gwiazd i planet, które zasilane są przez wiry gazu i pyłu. Nowe odkrycie dostarcza nieznanej wcześniej wskazówki do rozwiązania długotrwałej zagadki tego, jak supermasywne czarne dziury rosną i ważą miliony, a nawet miliardy gwiazd.
„Powszechnie wiadomo, że gwiazdy na pierwszych etapach swojej ewolucji rosną za pomocą wirujących wiatrów – przyspieszanych przez pola magnetyczne, podobnie jak wiatr w tej galaktyce” – powiedział Mark Gorski z Northwestern, który kierował badaniami. „Nasze obserwacje pokazują, że supermasywne czarne dziury i maleńkie gwiazdy mogą rosnąć w wyniku podobnych procesów, ale w bardzo różnych skalach”.
Badanie opublikowano wiosną tego roku w czasopiśmie Astronomia i astrofizyka.
Ekspert w dziedzinie ewolucji galaktyk, Gorski jest doktorantem w Northwestern’s Centrum Badań Interdyscyplinarnych i Eksploracyjnych w Astrofizyce (CIERA). Kiedy badania się rozpoczęły, Górski był pracownikiem naukowym ze stopniem doktora na Uniwersytecie im Politechnika Chalmers w Szwecji.
Kolorowe linie ze strzałkami pokazują ruchy gazu śledzone przez światło z cząsteczek cyjanowodoru i widziane przez teleskop ALMA (kolor niebieski oznacza ruch w naszą stronę, czerwony oznacza ruch w naszą stronę). Źródło: MD Gorski/Aaron Geller/Northwestern University/CIERA
Szpiegowanie sąsiada Drogi Mlecznej
Większość galaktyk, łącznie z naszą droga Mleczna, mają w swoich centrach supermasywną czarną dziurę. To, w jaki sposób te zadziwiająco masywne obiekty rosną do super rozmiarów, pozostaje nierozwiązaną tajemnicą.
W poszukiwaniu wskazówek Górski i jego współpracownicy spojrzeli na stosunkowo pobliską galaktykę ESO320-G030, położoną zaledwie 120 milionów lat świetlnych od Ziemi. ESO320-G030 to wysoce aktywna galaktyka, w której gwiazdy powstają 10 razy szybciej niż Droga Mleczna. Astronomowie zbadali galaktykę za pomocą teleskopów w Obserwatorium Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) w Chile.
„Ponieważ ta galaktyka jest bardzo jasna w podczerwieni, teleskopy są w stanie dostrzec uderzające szczegóły w jej centrum” – powiedziała współautorka badania Susanne Aalto, profesor radioastronomii na Politechnice Chalmers. „Chcieliśmy zmierzyć światło cząsteczek przenoszonych przez wiatry z jądra galaktyki, mając nadzieję prześledzić, w jaki sposób wiatry są wywoływane przez rosnącą – lub wkrótce rosnącą – supermasywną czarną dziurę. Dzięki ALMA byliśmy w stanie zbadać światło spoza grubych warstw pyłu i gazu.”
„Wyraźny dowód na wirujący wiatr”
Aby zbadać gęsty gaz, który unosi się blisko centralnej czarnej dziury ESO320-G030, naukowcy badali światło pochodzące z cząsteczek cyjanowodoru. Korzystając z technologii efektu Dopplera, badacze zobrazowali drobne szczegóły i ślady ruchów w gazie, co ujawniło wzorce sugerujące obecność namagnesowanego, wirującego wiatru.
Podczas gdy inne wiatry i dżety zazwyczaj wypychają materię z centralnej supermasywnej czarnej dziury w galaktyce, nowo odkryty wiatr dodaje kolejny proces, który zamiast tego zasila czarną dziurę i pomaga jej rosnąć.
Naukowcy porównują materię poruszającą się wokół czarnej dziury do wody krążącej w drenie. Gdy materia zbliża się do czarnej dziury, najpierw gromadzi się w chaotycznym, wirującym dysku. Tam pola magnetyczne rozwijają się i stają się silniejsze. Pola magnetyczne pomagają unieść materię z galaktyki, tworząc wir wiatru. W miarę jak materia jest tracona przez wiatr, wirujący dysk zwalnia, co zamienia powolną strużkę materii w strumień, co oznacza, że materia łatwiej przepływa do czarnej dziury.
„Widzimy, jak wiatry tworzą spiralną strukturę wydobywającą się z centrum galaktyki” – powiedział Aalto. „Kiedy zmierzyliśmy rotację, masę i prędkość materii wypływającej na zewnątrz, ze zdziwieniem odkryliśmy, że możemy wykluczyć wiele wyjaśnień siły wiatru, w tym na przykład powstawanie gwiazd. Zamiast tego przepływ na zewnątrz może być napędzany napływem gazu i wydaje się, że jest utrzymywany razem przez pola magnetyczne”.
Przyszłe kierunki badań astronomicznych
Następnie badacze planują zbadać centra innych galaktyk w poszukiwaniu ukrytych spiralnych wypływów.
„W naszych obserwacjach widzimy wyraźne dowody na wirujący wiatr, który pomaga regulować wzrost centralnej czarnej dziury w galaktyce” – powiedział Górski. „Teraz, gdy wiemy, czego szukać, następnym krokiem jest sprawdzenie, jak powszechne jest to zjawisko. A jeśli jest to etap, przez który przechodzą wszystkie galaktyki z supermasywnymi czarnymi dziurami, co dzieje się z nimi dalej? Nie ma odpowiedzi na wszystkie pytania dotyczące tego procesu.”
Odniesienie: „Spektakularny magnetohydrodynamiczny wiatr napędzany w skali galaktycznej ESO 320-G030” autorstwa MD Gorski, S. Aalto, S. König, CF Wethers, C. Yang, S. Muller, K. Onishi, M. Sato, N. Falstad, JG Mangum, ST Linden, F. Combes, S Martín, M. Imanishi, K. Wada, L. Barcos-Muñoz, F. Stanley, S. García-Burillo, PP van der Werf, AS Evans, C. Henkel, S. Viti, N. Harada, T. Díaz -Santos, JS Gallagher i E. González-Alfonso, 10 kwietnia 2024 r., Astronomia i astrofizyka.
DOI: 10.1051/0004-6361/202348821
Badanie uzyskało wsparcie Szwedzkiej Rady ds. Badań Naukowych (numer grantu 621-2011-4143), Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych i węzła Regionalnego Centrum Nordyckiego ALMA z siedzibą w Obserwatorium Kosmicznym Onsala.
