Interesująca korelacja pomiędzy masą czarnej dziury w centrum galaktyki, a prędkościami gwiazd w dużej, przybliżeniu sferycznej strukturze określanej jako zgrubienie centralne, zastanawiała astronomów przez lata. Niedawno udało się zidentyfikować nowy typ generowanego przez czarną dziurę wypływu, który wydaje się być na tyle silny i na tyle powszechny, aby wyjaśnić to powiązanie.

Większość dużych galaktyk zawiera centralną czarną dziurę mającą masę milion razy przekraczającą masę Słońca. Im bardziej masywna czarna dziura, tym większa średnia prędkość gwiazd w zgrubieniu centralnym. To powiązanie sugeruje istnienie pewnego rodzaju sprzężenia pomiędzy czarną dziurą i powstawaniem gwiazd w galaktyce. Jak do tej pory, nie było zadowalającego wyjaśnienia w jaki sposób aktywność czarnej dziury, która wywiera bezpośredni wpływ jedynie na obszar kilkukrotnie większy od naszego Układu Słonecznego, mogłaby oddziaływać na obszar który jest około milion razy większy.

Aktywne czarne dziury rosną w trakcie akrecji gazu o temperaturze miliona stopni, znajdującego się w dysku wokół nich. Ten gorący dysk znajduje się wewnątrz korony cząstek o dużej energii. Obydwa są silnym źródłem promieniowania rentgenowskiego, jednak nie mogą odpowiadać za własności całej galaktyki. Niedaleko wewnętrznego brzegu dysku akrecyjnego, część materii zostaje skierowana do dżetu, który wyrzuca ją poza obszar czarnej dziury. Mimo, że cząstki mogą być przyspieszane aż do połowy prędkości światła, komputerowe symulacje pokazują, że pozostają one w wąskiej strudze, a swoją energię oddają w obszarach daleko poza miejscami powstawania gwiazd.

Astronomowie podejrzewali, że coś im umyka. W ciągu ostatniej dekady pojawiały się dowody nowego rodzaju wypływu. W centrach niektórych aktywnych galaktyk rentgenowskie obserwacje na długościach fali odpowiadających żelazu, pokazały że takie promieniowanie jest absorbowane, co oznacza, że chmury chłodniejszego gazu muszą leżeć pomiędzy nami, a źródłem promieniowania. Co więcej, linie widmowe przesunięte są ku krótszym długościom fali, co oznacza że chmury te poruszają się w naszym kierunku.

W dwóch poprzednich publikacjach ten sam zespół pokazał, że te chmury reprezentują nowy typ wypływu. W najnowszej publikacji, opublikowanej pod koniec lutego w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), zespół zbadał 42 pobliskie aktywne galaktyki wykorzystując do tego satelitę Europejskiej Agencji Kosmicznej XMM-Newton w celu dokładnego określenia położenia i własności tych “bardzo szybki wypływów”. Wszystkie galaktyki znajdowało się nie dalej niż 1,3 miliarda lat świetlnych od Ziemi.

Wypływ został zaobserwowany w 40 procentach z nich, co sugeruje, że jest to powszechne zjawisko w galaktykach zawierających supermasywną czarną dziurę. Średnia odległość pomiędzy chmurami gazu, a centralną czarną dziurą wyniosła mniej niż 0,1 roku świetlnego, a średnia prędkość 0,14 prędkości światła. Zespół szacuje, że ilość materii potrzebna do podtrzymania tego wypływu wynosi około jednej masy słońca na rok – porównywalnie do tempa, w którym czarne dziury akreują materię.

Wypływy te, chociaż są wolniejsze niż dżety, to są dużo szybsze od innych rodzajów galaktycznych wypływów, co czyni je bardzo potężnymi. Mogą potencjalnie odgrywać dużą rolę w przenoszeniu efektów z czarnej dziury do zgrubienia centralnego. Zabierając pewną ilość masy, która w innym wypadku spadłaby na czarną dziurę, spowalniają jej wzrost. Jednocześnie, mogą one wydmuchiwać gaz z obszarów powstawania gwiazd w zgrubieniu centralnym, spowalniając proces tworzenia się gwiazd, bądź nawet całkowicie go stopując. Taki scenariusz w sposób naturalny wyjaśniałby obserwowaną korelację między aktywną czarną dziurą a gwiazdami w zgrubieniu.

Zespół oczekuje na wystrzelenie japońskiego satelity Astro-H X-Ray telescope, zaplanowane na 2014 rok, które pomoże lepiej zbadać to zjawisko. W międzyczasie ma zamiar skupić się na fizycznym mechanizmie przyczyniającym się do powstawania tego rodzaju wypływu, co oczywiście jest elementem szerszego zrozumienia w jaki sposób aktywne galaktyki powstają, rozwijają się i rosną.

Autor

Grzegorz Gajda