Supermasywne czarne dziury stawiają astronomów na całym świecie pytania bez odpowiedzi, między innymi: „Jak one rosną tak duże?” Teraz międzynarodowy zespół astronomów, w tym badacze z Politechniki Chalmers w Szwecji, odkrył potężny wirujący wiatr magnetyczny, który ich zdaniem pomaga rosnąć supermasywnej czarnej dziurze w centrum galaktyki. Wirujący wiatr, odkryty za pomocą teleskopu ALMA w pobliskiej galaktyce ESO320-G030, sugeruje, że podobne procesy biorą udział zarówno we wzroście czarnych dziur, jak i narodzinach gwiazd.
Większość galaktyk, w tym nasza Droga Mleczna, ma w swoim centrum supermasywną czarną dziurę. To, w jaki sposób te zadziwiająco masywne obiekty osiągają masę milionów lub miliardów gwiazd, jest od dawna pytaniem astronomów.
W poszukiwaniu wskazówek do rozwiązania tej zagadki zespół naukowców kierowany przez Marka Gorskiego (Northwestern University i Chalmers) i Susanne Aalto (Chalmers) zdecydował się zbadać stosunkowo pobliską galaktykę ESO320-G030, odległą zaledwie o 120 milionów lat świetlnych. To bardzo aktywna galaktyka, w której gwiazdy powstają dziesięć razy szybciej niż w naszej galaktyce.
„Ponieważ ta galaktyka jest bardzo jasna w podczerwieni, teleskopy są w stanie rozróżnić uderzające szczegóły w jej centrum. Chcieliśmy zmierzyć światło pochodzące z cząsteczek przenoszonych przez wiatry z jądra galaktyki, mając nadzieję prześledzić, w jaki sposób wiatry są wywoływane przez rosnącą lub wkrótce rosnąca, supermasywna czarna dziura Dzięki zastosowaniu ALMA byliśmy w stanie badać światło spoza grubych warstw pyłu i gazu” – mówi Susanne Aalto, profesor radioastronomii na Politechnice Chalmers.
Aby wycelować w gęsty gaz znajdujący się jak najbliżej centralnej czarnej dziury, naukowcy badali światło pochodzące z cząsteczek cyjanowodoru (HCN). Dzięki zdolności ALMA do obrazowania drobnych szczegółów i śledzenia ruchów w gazie – wykorzystując efekt Dopplera – odkryli wzorce sugerujące obecność namagnesowanego, wirującego wiatru.
Podczas gdy inne wiatry i dżety w centrach galaktyk wypychają materię z supermasywnej czarnej dziury, nowo odkryty wiatr dodaje kolejny proces, który zamiast tego może zasilać czarną dziurę i pomagać jej rosnąć.
„Możemy zobaczyć, jak wiatry tworzą spiralną strukturę wypływającą z centrum galaktyki. Kiedy zmierzyliśmy rotację, masę i prędkość materii wypływającej na zewnątrz, ze zdziwieniem odkryliśmy, że możemy wykluczyć wiele wyjaśnień mocy zamiast tego przepływ na zewnątrz może być napędzany napływem gazu i wydaje się, że jest utrzymywany w całości przez pola magnetyczne” – mówi Susanne Aalto.
Naukowcy uważają, że wirujący wiatr magnetyczny pomaga czarnej dziurze rosnąć.
Materia przemieszcza się wokół czarnej dziury, zanim może do niej wpaść – podobnie jak woda wokół odpływu. Materia zbliżająca się do czarnej dziury gromadzi się w chaotycznym, wirującym dysku. Tam rozwijają się i wzmacniają pola magnetyczne. Pola magnetyczne pomagają unieść materię z galaktyki, tworząc spiralny wiatr. Utrata materii na rzecz tego wiatru spowalnia także wirujący dysk – co oznacza, że materia może łatwiej przepływać do czarnej dziury, zamieniając strużkę w strumień.
Markowi Górskiemu sposób, w jaki to się dzieje, uderzająco przypomina środowisko kosmiczne w znacznie mniejszej skali: wiry gazu i pyłu, które prowadzą do narodzin nowych gwiazd i planet.
„Powszechnie wiadomo, że gwiazdy na pierwszych etapach swojej ewolucji rosną przy pomocy wirujących wiatrów – przyspieszanych przez pola magnetyczne, podobnie jak wiatr w tej galaktyce. Nasze obserwacje pokazują, że supermasywne czarne dziury i maleńkie gwiazdy mogą rosnąć dzięki podobne procesy, ale na bardzo różną skalę” – mówi Marek Górski.
Czy to odkrycie może być wskazówką do rozwiązania zagadki wzrostu supermasywnych czarnych dziur? W przyszłości Mark Gorski, Susanne Aalto i ich współpracownicy chcą badać inne galaktyki, które mogą kryć w swoich centrach ukryte spiralne wypływy.
„Daleko nie ma odpowiedzi na wszystkie pytania dotyczące tego procesu. W naszych obserwacjach widzimy wyraźne dowody na wirujący wiatr, który pomaga regulować wzrost centralnej czarnej dziury w galaktyce. Teraz, gdy wiemy, czego szukać, następnym krokiem jest znalezienie odpowiedzi 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?” – pyta Marek Górski.