Dzięki zbadaniu ponad 120 tysięcy pobliskich galaktyk obserwowanych w ramach przeglądu Sloan Digital Sky Survey, grupa astronomów z Niemiec i Stanów Zjednoczonych była w stanie pokazać, że wzrost supermasywnych czarnych dziur w galaktycznych centrach jest ściśle powiązany z narodzinami nowych gwiazd w tych samych galaktykach.

Odkrycie to, pierwszy bezpośredni wgląd w związek pomiędzy powstawaniem galaktyki i tworzeniem się czarnej dziury, zostało ogłoszone 16 lipca na sympozjum Międzynarodowej Unii Astronomicznej (IAU) w Sydney. Spotkanie to jest poświęcony mapom Kosmosu. Praca, Galaktyki i ich aktywne galaktyczne jądra (The Host Galaxies of the Active galactic nuclei) została zgłoszona do wydawanego przez Królewskie Towarzystwo Astronomiczne pisma Monthly Notices.

Jedno z najbardziej znaczących odkryć ostatnich lat zademonstrowało, że każda wielka galaktyka posiada w swoim centrum czarną dziurę o masie wieli milionów mas słonecznych” – wyjaśniła kierownik zespołu badawczego, dr Guinevere Kauffmann z Instytutu Maxa Plancka w Garching w Niemczech.

Kauffmann stwierdziła także, że masa centralnej czarnej dziury jest bardzo ściśle powiązana z własnościami galaktyki w której się znajduje. Wynika z tego, że formowanie się czarnej dziury jest mocno splecione z powstawaniem galaktyki, jednak natura tego związku pozostaje nieznana.

Czy czarna dziura kontroluje wzrost galaktyki, czy też raczej galaktyka ogranicza wzrost swej centralnej czarnej dziury? Czy powstawanie obu obiektów tworzy jakiś rodzaj symbiozy? Odpowiedzi na te pytania będzie można udzielić tylko po uważnym zbadaniu procesu wzrostu.

Drugi z kierowników projektu, dr Timothy Heckman z Johns Hopkins University w Baltimore wyjaśnił, że gdy czarna dziura rośnie, uwalnia ogromne ilości energii. W ekstremalnych przypadkach świeci jaśniej niż cała galaktyka i staje się jasnym kwazarem. Epoka największej aktywności kwazarów i być może powiększania się czarnych dziur zdarzyła się, gdy Wszechświat był pomiędzy jedną dziesiątą i jedną trzecią obecnego wieku wynoszącego około 14 miliardów lat.

Heckman powiedział, iż uważa się, że wielkie galaktyki powstawały przez zapadanie się i łączenie mniejszych systemów w tym samym czasie. Wzrost czarnej dziury wciąż jeszcze pozostaje wykrywalny, a gwiazdy wciąż powstają w wewnętrznych częściach galaktyki. “Bliższe galaktyki bada się znacznie łatwiej niż ich odległe poprzedniczki i nie jest zaskakujące, że związek między wzrostem czarnej dziury i całej galaktyki stał się widoczny najpierw w naszym najbliższych otoczeniu” – powiedział uczony. Światło najbliższych galaktyk potrzebuje mniej niż miliard lat na dotarcie do nas (w porównaniu z 10 miliardami lat w przypadku najdalszych kwazarów). Są one na tyle blisko, że uczeni mogą je szczegółowo badać, ale z drugiej strony minęło już wiele czasu od czasów najbardziej gwałtownych procesów zachodzących w nich i w ich jądrach.

Po przebadaniu widm ponad 120 tysięcy galaktyk, grupa SDSS była w stanie pokazać, że ponad 20 tysięcy z nich zawiera czarne dziury, które wciąż rosną. Tempo wzrostu określane jest na podstawie natężenia pewnych charakterystycznych linii emisyjnych związanych z ilością materii opadającej na czarną dziurę.

Rosnące czarne dziury znajdują się prawie wyłącznie w galaktykach masywniejszych niż Droga Mleczna. Masywne galaktyki, w których wzrost nie występuje lub jest słaby mają zwykle strukturę i skład gwiazdowy starych galaktyk eliptycznych, w których proces powstawania gwiazd ustał dawno temu. Galaktyki, w których wzrost czarnych dziur jest szybki, mają podobne masy i struktury ale istnieją przesłanki mówiące że niedawno zachodziło w nich jeszcze tworzenie się nowych gwiazd.

W podsumowaniu grupa uczonych stwierdziła, że gdy wzrost czarnej dziury przyspiesza, to samo w ciągu stu milionów lat dzieje się z ilością rodzących się gwiazd. A 100 milionów lat to niewiele w astronomicznej skali czasu. W najbardziej ekstremalnych przypadkach, czarna dziura rośnie tak szybko jak w jasnych kwazarach, a galaktyka jest zdominowana przez młode gwiazdy.

Astronomowie stwierdzili, że oznacza to prawdopodobnie, iż wzrost czarnej dziury następuję poprzez połykanie przez nią chłodnego i gęstego gazu, analogicznego do tego, z którego w galaktykach rodzą się nowe gwiazdy. Czarne dziury i galaktyki najwyraźniej rosną wspólnie. Niczym w problemie jajka i kury – nie można powiedzieć które z nich było pierwsze. Każde z nich potrzebuje drugiego.

Autor

Michał Matraszek