Artykuł napisała Emilia Rogowiec.
Zgodnie z nowymi badaniami wykorzystującymi dane z Teleskopu Kosmicznego Chandra i innych teleskopów, największe czarne dziury we Wszechświecie rozszerzają się szybciej, niż formują się nowe gwiazdy w otaczających je galaktykach.
Przez wiele lat astronomowie gromadzili dane na temat powstawania gwiazd w galaktykach i ewolucji supermasywnych czarnych dziur w ich centrach. Te dane sugerowały, że czarne dziury i gwiazdy w ich galaktykach macierzystych rozwijają się wspólnie. Obecne odkrycia dokonane przez dwie niezależne grupy naukowców wskazują jednak na to, że czarne dziury w masywnych galaktykach powiększyły się znacznie szybciej niż te w mniejszych galaktykach.
„Próbujemy zrekonstruować wyścig, który rozpoczął się miliardy lat temu” — stwierdził Guang Yang z Penn State, który kierował jednym z dwóch zespołów badaczy. „Wykorzystujemy niezwykłe dane z dwóch różnych teleskopów, aby sprawdzić, jak rozwinęła się ta kosmiczna konkurencja.”
Grafika przedstawia obraz zrobiony przez Kosmiczny Teleskop Chandra. Obraz Chandry (niebieski) jest najgłębszym z dotychczas uzyskanych obrazów w promieniach rentgenowskich. Został on połączony z obrazem optycznym i podczerwonym z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, w kolorze czerwonym, zielonym i niebieskim. Każde źródło promieniowania wykryte przez teleskop Chandra powstaje, gdy gorący gaz spada w kierunku supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki macierzystej, jak pokazano na ilustracji.
Wykorzystując duże ilości danych pochodzących z teleskopu Chandra, Teleskopu Kosmicznego Hubble’a i innych obserwatoriów, Yang i jego koledzy badali szybkość wzrostu czarnych dziur w galaktykach w odległościach od 4,3 do 12,2 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Naukowcy obliczyli stosunek tempa wzrostu supermasywnej czarnej dziury do szybkości wzrostu gwiazd w jej galaktyce macierzystej, który powszechnie uznawany jest za stały dla większości galaktyk. Yang i współpracownicy stwierdzili natomiast, że jest on znacznie wyższy dla masywniejszych galaktyk: dla galaktyk charakteryzujących się masą około 100 miliardów mas Słońca stosunek ten jest dziesięciokrotnie wyższy, niż dla galaktyk zawierających jedynie około 10 miliardów mas Słońca.
Rodzi się zatem pytanie, co jest przyczyną takiej różnicy. Współautor pracy badawczej Niel Brandt sugeruje, że być może w potężniejszych galaktykach proces dostarczania chłodnego gazu do centralnych supermasywnych czarnych dziur jest wydajniejszy niż w mniejszych galaktykach.
Inna grupa naukowców niezależnie znalazła dowody na to, że prędkość wzrostu najbardziej masywnych czarnych dziur przewyższyła szybkość wzrost gwiazd w ich galaktykach macierzystych. Mar Mezcua z Instytutu Nauk o Kosmosie w Hiszpanii i jej zespół badali czarne dziury w najjaśniejszych i najbardziej masywnych galaktykach we Wszechświecie. Wybrali 72 galaktyki znajdujące się w centrum gromad galaktyk w odległościach do około 3,5 miliarda lat świetlnych od Ziemi. W badaniu wykorzystano dane z Chandry i dane radiowe z australijskiego teleskopu Compact Array, obserwatorium Very Large Array i Very Long Baseline Array.
Mezcua i jej współpracownicy oszacowali masę czarnych dziur w tych gromadach galaktyk, używając dobrze znanej zależności, który łączy ze sobą tę masę, promieniowanie rentgenowskie i emisję fal radiowych. Okazały się one być dziesięciokrotnie większe niż masy oszacowane przy założeniu, że czarne dziury i galaktyki rosną wspólnie.
Naukowcy odkryli, że prawie połowa czarnych dziur wykorzystanych w ich obliczeniach miała masy szacowane na co najmniej 10 miliardów mas Słońca. To stawia je w kategorii ekstremalnej wagi, którą niektórzy astronomowie nazywają „ultramasywnymi” czarnymi dziurami. Niektórzy przypuszczają, że tak ekstremalnymi obiektami rządzą po prostu inne prawa, których my jeszcze nie znamy.
Praca naukowców z Hiszpanii została opublikowana w wydaniu miesięcznika Royal Astronomical Society z lutego 2018 roku i jest dostępna tutaj.
