Supermasywne czarne dziury kontrolują procesy powstawania gwiazd

Astronomowie znaleźli związek pomiędzy masą centralnych czarnych dziur, a historią powstawania gwiazd w galaktykach. Wyniki badań ukazały się w poniedziałek w „Nature”.

Gdy galaktyki są młode, nowe gwiazdy powstają w nich w gwałtownym tempie. Jednak w pewnym momencie ewolucji galaktyki procesy gwiazdotwórcze zamierają. Okazuje się, że kluczową rolę odgrywa w tym aspekcie masa supermasywnej czarnej dziury rezydującej w centrum danej galaktyki.

Taka supermasywna czarna dziura znajduje się w centrum praktycznie każdej dużej galaktyki. Ma masę przekraczającą milion mas Słońca, czasami wielokrotnie. Na przykład supermasywna czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej ma ponad 4 miliony mas Słońca. Supermasywnej czarnej dziury nie obserwuje się bezpośrednio, ale o jej istnieniu naukowcy wnioskują na podstawie oddziaływań grawitacyjnych na gwiazdy w galaktyce lub emisji wysokoenergetycznego promieniowania (w tzw. aktywnych jądrach galaktyk).

Od dziesięcioleci przypuszczano, że energia wypromieniowywana przez aktywne jądra galaktyk powoduje wyłączenie procesów gwiazdotwórczych na skutek ogrzewania i rozwiewania gazu, z którego tworzą się gwiazdy. Symulacje ewolucji galaktyk muszą uwzględniać oddziaływanie od supermasywnej czarnej dziury w centrum, aby właściwie odtworzyć obserwowane własności galaktyk. Do tej pory brakowało jednak obserwacyjnych dowodów na związki pomiędzy supermasywnymi czarnymi dziurami, a procesami gwiazdotwórczymi.

Jak mówi prof. Jean Brodie z University of California w Santa Cruz (USA), współautor publikacji w „Nature”, po raz pierwszy uzyskano obserwacyjny dowód, w którym widać taki wpływ. Nowe wyniki pokazują zależność pomiędzy aktywnością czarnej dziury, a powstawaniem gwiazd przez cały okres istnienia galaktyki. Ma to wpływ na wszystkie generacje gwiazd formujące się w trakcie ewolucji galaktyki.

Badania, którymi kierował Ignacio Martín-Navarro z University of California w Santa Cruz (pierwszy autor publikacji), skupiały się na masywnych galaktykach, w których - dzięki wcześniejszym badaniom - znana była masa centralnej czarnej dziury, wywnioskowana na podstawie ruchów gwiazd wokół centrum galaktyki. Dla takich galaktyk przeanalizowano widma uzyskane w ramach przeglądu nieba o nazwie Hobby-Eberly Telescope Massive Galaxy Survey, prowadzonego teleskopem HET o efektywnej średnicy zwierciadła 9,2 metra.

Analizowane były widma każdej z galaktyk, a następnie przy pomocy metod numerycznych odnajdywano najlepiej pasującą do danych obserwacyjnych kombinację populacji gwiazd. W ten sposób określano historię formowania się gwiazd w galaktyce. Następnie porównano te wyniki z masami centralnych czarnych dziur. Okazało się, że występuje związek (korelacja) pomiędzy masą czarnej dziury, a historią formowania się gwiazd. Taka korelacja nie występuje natomiast dla morfologii (kształtu), rozmiaru i innych własności galaktyk.

W przypadku dwóch galaktyk o tej samej masie gwiazd, a różniących się masą centralnej czarnej dziury, to ta z masywniejszą czarną dziurą szybciej wygaszała procesy gwiazdotwórcze, a w galaktyce z mniej masywną czarną dziurą trwały one dłużej.

W innych badaniach prowadzonych przez różnych naukowców próbowano znaleźć związek pomiędzy jasnością aktywnego jądra galaktyki, a procesami gwiazdotwórczymi, ale bez powodzenia. Według Martín-Navarro, być może przyczyną są bardzo różne skale czasowe: procesy gwiazdotwórcze zachodzą w ciągu setek milionów lat, a okresy aktywności jądra galaktyki zachodzą w krótszych skalach czasu i charakteryzują się dużą zmiennością.

Szczegółowe informacje są dostępne na stronach:

https://news.ucsc.edu/2018/01/supermassive-black-holes.html

https://www.nature.com/articles/nature24999 (PAP)

cza/ ekr/