Astronomowie odkryli uderzający związek pomiędzy ilością pyłu otaczającego supermasywną czarną dziurę a siłą emisji radiowej wytwarzanej w niezwykle jasnych galaktykach. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Zespół międzynarodowych astronomów, kierowany przez Uniwersytety w Newcastle i Uniwersytet w Durham w Wielkiej Brytanii, wykorzystał nowe dane z instrumentu spektroskopowego ciemnej energii (DESI), który prowadzi pięcioletnie badanie wielkoskalowych struktur we wszechświecie, które obejmie widma optyczne dla ~ 3 miliony kwazarów; niezwykle jasne galaktyki zasilane przez supermasywne czarne dziury. Odkryli, że kwazary, które zawierały więcej pyłu, a zatem wydawały się bardziej czerwone, miały większe prawdopodobieństwo silniejszej emisji radiowej w porównaniu z kwazarami, które zawierały bardzo mało pyłu lub nie zawierały go wcale, a które wydawały się bardzo niebieskie.
Prawie każda znana galaktyka zawiera supermasywną czarną dziurę, czyli czarne dziury o masie od milionów do miliardów masy Słońca w jej centrum, włączając w to naszą Drogę Mleczną. W niektórych galaktykach w centrum znajduje się dużo materii, która zasila i rozwija tę supermasywną czarną dziurę, czyniąc ją bardzo energetyczną i „aktywną”. Najpotężniejsze typy tych aktywnych galaktyk nazywane są „kwazarami” i są jednymi z najjaśniejszych obiektów we Wszechświecie. Większość kwazarów wydaje się bardzo niebieska ze względu na jasny dysk materii krążący wokół centralnej supermasywnej czarnej dziury, która jest bardzo jasna w zakresie fal optycznych i ultrafioletowych i zasila ją. Jednak astronomowie odkryli, że znaczna część tych kwazarów jest bardzo czerwona, chociaż natura tych obiektów nadal nie jest dobrze poznana.
Aby zrozumieć fizykę tych czerwonych kwazarów, potrzebne są pomiary „spektroskopowe”, które można wykorzystać do analizy światła kwazara przy różnych długościach fal. „Kształt” widma kwazara może wskazywać ilość pyłu otaczającego obszar centralny. Obserwacja emisji radiowej z kwazarów może również dostarczyć informacji o energetyce centralnej supermasywnej czarnej dziury; niezależnie od tego, czy wystrzeliwuje potężne „wiatry”, czy „dżety”, które mogą kształtować otaczającą galaktykę.
W nowym badaniu, kierowanym przez dr Victorię Fawcett z Newcastle University, a wcześniej Uniwersytetu w Durham, wykorzystano obserwacje spektroskopowe z DESI do pomiaru ilości pyłu (zaczerwienienia) w próbce około 35 000 kwazarów i powiązania tego z obserwowaną emisją radiową. Odkryli, że DESI jest w stanie obserwować znacznie bardziej ekstremalne czerwone (zapylone) kwazary w porównaniu z podobnymi/poprzednimi badaniami spektroskopowymi, takimi jak Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Odkryli również, że w przypadku bardziej czerwonych kwazarów istnieje znacznie większe prawdopodobieństwo silnej emisji radiowej w porównaniu z typowymi niebieskimi kwazarami.
Dr Fawcett mówi: „To było naprawdę ekscytujące zobaczyć niesamowitą jakość danych DESI i odkryć tysiące tych, wcześniej rzadkich, czerwonych kwazarów. Mam wrażenie, że to badanie składa w całość wiele elementów układanki pomagających nam zrozumieć czerwone kwazary i ostatecznie łączy pył w kwazarze z jego emisją radiową. Myślę, że jest to jak dotąd najmocniejszy dowód na to, że czerwone kwazary są kluczowym elementem ewolucji galaktyk.”
To zaczerwienienie-połączenie radiowe jest prawdopodobnie skutkiem potężnych wypływów gazu wypychanego z supermasywnej czarnej dziury, który uderza w otaczający pył, powodując wstrząsy i emisję radiową. Wypływy te ostatecznie zdmuchną cały pył i gaz w centralnym obszarze galaktyki, odsłaniając niebieski kwazar i powodując słabszą emisję radiową. Jest to zgodne z wyłaniającym się obrazem, że czerwone kwazary stanowią młodszą, „wydmuchaną” fazę ewolucji galaktyk. Czerwone kwazary mogą zatem być niezwykle ważne dla zrozumienia ewolucji galaktyk w czasie.
Dr Fawcett kontynuuje: „Wciąż istnieje wiele pytań dotyczących czerwonych kwazarów bez odpowiedzi, np. czy za tę zwiększoną emisję radiową ostatecznie odpowiadają wiatry czarnej dziury lub dżety radiowe. Jednakże w miarę dalszego wzrostu próbki czerwonych kwazarów DESI w ciągu najbliższych kilku lat obserwacji po badaniu jestem pewien, że jesteśmy o krok od pełnego zrozumienia natury tych czerwonych kwazarów.”