Obłoki gazu w odległej galaktyce są wypychane coraz szybciej – z prędkością ponad 16 000 km na sekundę – pomiędzy sąsiednie gwiazdy przez wybuchy promieniowania z supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki. To odkrycie pomaga wyjaśnić sposób, w jaki aktywne czarne dziury mogą w sposób ciągły kształtować swoje galaktyki, pobudzając lub powstrzymując rozwój nowych gwiazd.
Zespół badaczy kierowany przez profesor astronomii z Uniwersytetu Wisconsin-Madison Catherine Grier i niedawnego absolwenta Roberta Wheatleya odkrył przyspieszający gaz, korzystając z danych zebranych z lat z kwazara, szczególnie jasnego i turbulentnego rodzaju czarnej dziury, oddalonego o miliardy lat świetlnych od nas. gwiazdozbiór Boötes. Zaprezentowali swoje odkrycia dzisiaj na 244. spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Madison.
Naukowcy uważają, że czarne dziury znajdują się w centrach większości galaktyk. Kwazary to supermasywne czarne dziury otoczone dyskami materii przyciąganej przez ogromną siłę grawitacji czarnej dziury.
„Materia znajdująca się w tym dysku zawsze wpada do czarnej dziury, a tarcie powstające podczas tego ciągnięcia i ciągnięcia nagrzewa dysk, czyniąc go bardzo, bardzo gorącym i bardzo, bardzo jasnym” – mówi Grier. „Te kwazary są naprawdę jasne, a ponieważ istnieje duży zakres temperatur od wnętrza dysku do odległych części dysku, ich emisja obejmuje prawie całe widmo elektromagnetyczne”.
Jasne światło sprawia, że widoczne są kwazary prawie tak stare jak wszechświat (aż 13 miliardów lat świetlnych stąd), a szeroki zakres ich promieniowania sprawia, że są one szczególnie przydatne dla astronomów do badania wczesnego Wszechświata.
Naukowcy wykorzystali ponad ośmioletnie obserwacje kwazara zwanego SBS 1408+544, zebrane w ramach programu prowadzonego przez Sloan Digital Sky Survey, znanego obecnie jako Black Hole Mapper Reverberation Mapping Project. Śledzili wiatry składające się z gazowego węgla, wykrywając światło z brakującego kwazara – światło pochłaniane przez gaz. Zamiast jednak zostać pochłoniętym dokładnie w tym samym miejscu widma, które wskazywałoby na węgiel, cień przesuwał się dalej od domu przy każdym nowym spojrzeniu na SBS 1408+544.
„To przesunięcie mówi nam, że gaz porusza się szybko i cały czas szybciej” – mówi Wheatley. „Wiatr przyspiesza, ponieważ jest wypychany przez promieniowanie wystrzeliwane z dysku akrecyjnego”.
Naukowcy, w tym Grier, sugerowali, że obserwowali już przyspieszające wiatry z dysków akrecyjnych czarnych dziur, ale nie zostało to jeszcze poparte danymi z więcej niż kilku obserwacji. Nowe wyniki pochodzą z około 130 obserwacji SBS 1408+544 przeprowadzonych na przestrzeni prawie dziesięciu lat, co pozwoliło zespołowi solidnie i z dużą pewnością zidentyfikować wzrost prędkości.
Wiatry wypychające gaz z kwazara interesują astronomów, ponieważ pozwalają supermasywnym czarnym dziurom wpływać na ewolucję otaczających je galaktyk.
„Jeśli będą wystarczająco energetyczne, wiatry mogą dotrzeć aż do galaktyki macierzystej, gdzie mogą mieć znaczący wpływ” – mówi Wheatley.
W zależności od okoliczności wiatry kwazara mogą wytwarzać ciśnienie, które ściska gaz i przyspiesza narodziny gwiazdy w galaktyce macierzystej. Może też usunąć to paliwo i zapobiec powstaniu potencjalnej gwiazdy.
„Supermasywne czarne dziury są duże, ale naprawdę małe w porównaniu z ich galaktykami” – mówi Grier, którego prace wspierana jest przez National Science Foundation. „Nie oznacza to, że nie mogą ze sobą «rozmawiać». Jest to sposób, w jaki jedna osoba może rozmawiać z drugą, i którą będziemy musieli uwzględnić, modelując efekty działania tego rodzaju czarnych dziur”.
Badanie SBS 1408+544, opublikowane dzisiaj w The Astrophysical Journal, objęli współpracownicy z York University, Pennsylvania State University, University of Arizona i innych.
Badania te zostały częściowo sfinansowane z grantów Narodowego Funduszu Nauki (AST-2310211 i AST-2309930).