Supermasywne czarne dziury kontrolują narodziny gwiazd

Amerykańscy astronomowie ustalili, że istnieje korelacja między masą centralnej czarnej dziury w danej galaktyce, a procesami gwiazdotwórczymi. To pierwsze dowody na to, że czarne dziury kontrolują tworzenie się gwiazd.

Astronomowie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz zaobserwowali, że supermasywne czarne dziury są obiektami o tak niesamowitej mocy, iż mogą kontrolować, w jaki sposób formują się gwiazdy i kształtować w ten sposób całe galaktyki.

To, co charakteryzuje młode galaktyki, to intensywne procesy formowania się gwiazd. Ten proces z czasem przygasa, a według badań opublikowanych na łamach styczniowego „Nature”, to masa czarnej dziury w centrum galaktyki określa, w jakim tempie procesy gwiazdotwórcze ustają.

Każda galaktyka ma w swoim centrum supermasywną czarną dziurę ponad milion razy bardziej masywną niż Słońce. Taka czarna dziura ujawnia swoją obecność poprzez oddziaływanie grawitacyjne na gwiazdy galaktyki. Czasami też poprzez energetyczne promieniowanie z aktywnego jądra galaktyki (AGN). Według kalifornijskich naukowców, ta energia może tłumić formowanie się gwiazd poprzez ogrzewanie  i rozpraszanie gazu, który w przeciwnym razie ochłodziłby się i uległby kondensacji w gwiazdy.

Idea ta jest znana astronomom od dekad. Odkryli oni, że symulacje ewolucji galaktyk muszą zawierać wpływ czarnej dziury, aby odtworzyć obserwowane właściwości galaktyk. Ale jak dotąd brakowało dowodów na poparcie tej tezy.

– Jest to pierwszy bezpośredni dowód obserwacyjny, w którym możemy zobaczyć wpływ czarnej dziury na historię powstawania gwiazd galaktyki – przyznał współautor publikacji – Jean Brodie, profesor astronomii i astrofizyki na kalifornijskiej uczelni.

Wyniki badań astronomów wskazują na nieustanną interakcję między aktywnością czarnej dziury a formowaniem się gwiazd, wpływając na wszystkie generacje gwiazd powstałe w całej historii galaktyki.

Badania kierowane przez Ignacio Martín-Navarro – głównego autora publikacji w „Nature”, dotyczyły masywnych galaktyk, dla których masa centralnej czarnej dziury została zmierzona we wcześniejszych badaniach, analizując ruchy gwiazd w pobliżu centrum galaktyki. Aby określić historię powstawania gwiazd w galaktykach, Martín-Navarro przeanalizował szczegółowe spektrum emitowanego przez nie promieniowania, które otrzymał w ramach Hobby-Eberly Telescope Massive Galaxy Survey.

Po porównaniu historii tworzenia się gwiazd w galaktykach z czarnymi dziurami o różnych masach, Martín-Navarro odkrył dość niespodziewane różnice, które korelowały jedynie z masą czarnej dziury, a nie z morfologią, rozmiarem lub innymi właściwościami galaktyk. – W przypadku galaktyk o tej samej masie gwiazd, ale o innej masie czarnej dziury w centrum, galaktyki z masywniejszymi czarnymi dziurami wcześniej i w szybszym tempie tłumiły formowanie się gwiazd niż te z mniejszymi czarnymi dziurami – wyjaśnił Martín-Navarro. – Procesy gwiazdotwórcze trwały dłużej w galaktykach z mniejszymi czarnymi dziurami – dodał.

Wcześniej badacze poszukiwali korelacji pomiędzy formowaniem się gwiazd, a jasnością aktywnych jąder galaktyk, ale bez powodzenia. Jak twierdzi Martín-Navarro, może tak być, ponieważ skale czasowe są różne. Formowanie się gwiazd trwa przez setki milionów lat, podczas gdy rozbłyski z aktywnych jąder galaktyk trwają znacznie krócej.

Supermasywna czarna dziura jest jasna tylko wtedy, gdy pochłania materię z wewnętrznych regionów swojej galaktyki, podczas gdy aktywne jądra galaktyk są niezwykle zmienne, a ich właściwości zależą od wielkości czarnej dziury oraz wielu innych czynników.

 

Źródło: University of California – Santa Cruz, fot. NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (X-ray)