Dowód na to, że niektóre galaktyki to kłamcy (LIERs)

dnia 11/01/2016

LIERs

Wydawać by się mogło, że astronom z łatwością odróżni czarną dziurę od białego karła, prawda? A jednak natura może być zwodnicza.

Astronomowie analizujący dane Sloan Digital Sky Survey (SDSS) dzisiaj rano ogłosili wyniki nowych badań, które tłumaczą prawdzwie pochodzenie zagadkowego promieniowania w pobliskich galaktykach. Wyniki zostały przedstawione podczas 227. spotkania American Astronomical Society w Kissimmee na Florydzie.

„Teraz jesteśmy pewni, że to białe karły, a nie centralne czarne dziury stanowią wytłumaczenie tych obserwacji,” mówi Francesco Belfiore, główny autor badania i doktorant na University of Cambridge. „Z uwagi na fakt, że wiemy, że to białe karły za nie odpowiadają, jesteśmy teraz znacznie bliżej zrozumienia w jaki sposób galaktyki przestają produkować gwiazdy.”

Aby rozwiązać tą zagadkę, zespół Belfiore przyjrzał się uważniej rzadkiemu gazowi międzygwiezdnemu, który wypełnia przestrzeń międzygwiezdną w pobliskich galaktykach. Naukowcy wykorzystali informacje o liniach emisyjnych w widmie tego gorącego, świecącego gazu do odszyfrowania źródła energii, która podgrzewa ten gaz. Zrozumienie pochodzenia linii emisyjnych nie należy jednak do prostych zadań. W szczególności astronomowie od dawna zastanawiają się nad źródłem energii wprowadzającym gaz w galaktykach w określony stan: źródło bowiem musi być gorętsze niż nowo powstałe gwiazdy jednak chłodniejsze niż promieniowanie z gwałtownie akreującej czarnej dziury, np. kwazara.

Wiodąca jak dotąd teoria mówiła, że gaz był podświetlany przez słabowite aktywne jądro galaktyki, które akreauje jedynie niewielkie ilości gazu. Ta teoria wspierana była przez fakt, że regiony centralne wielu galaktyk zawierają takie region o niskiej aktywności zwany LINER (Low-Ionization Nuclear Emission-line Regions).

„LINERy stanowią zagadkę już od 35 lat,” mówi Belfiore. „W ostatnich latach kilku astronomów występowało przeciwko ogólnie przyjętej interpretacji i twierdziło, że nie za wszystkie LINERy odpowiadają czarne dziury. Nowe dane z przeglądu SDSS dały nam szanse przyjrzenia się na nowo tej kwestii i oceny możliwych teorii alternatywnych.”

Wcześniejsze obserwacje spektroskopowe były niewystarczające bowiem zazwyczaj obejmowały niewielki fragment galaktyki blisko jej centrum. Nowy instrument SDSS o nazwie MaNGA (MApping Nearby Galaxies at Apache Point Observatory) ma zdolność uzyskiwania danych spektroskopowych dla całej galaktyki jednocześnie.

„Do otrzymania potrzebnych nam danych używamy stosunkowo prostej ale innowacyjnej techniki,” mówi Kevin Bundy z Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU), główny badacz przeglądu MaNGA oraz współautor badania. „Łączymy ze sobą kilkadziesiąt przewodów optycznych w jedną dużą sześciokątną wiązkę i kierujemy je na galaktykę. Wiązka pokrywa obserwacjami większość galaktyki, a każdy przewód mierzy widmo innego jej punktu.”

Belfiore wraz ze współpracownikami wykorzystał dane z MaNGI do stworzenia mapy stanu gazu i gwiazd w ponad 600 galaktykach LINER. „Korzystając z faktu, że MaNGA może zbierać jednocześnie dane dla całej galaktyki odkryliśmy, że źródła świecenia gazu muszą być rozłożone po całej galaktyce, nawet dziesiątki tysięcy lat świetlnych od centralnej czarnej dziury. To dowodzi, że nie wszystkie obserwowane linie emisyjne mogą być efektem oddziaływania centralnej czarnej dziury,” mówi Belfiore.

Claudia Maraston z University of Portsmouth, współautor badania tłumaczy najbardziej prawdopodobne rozwiązanie zagadki LINERów. „Białe karły odsłaniane są gdy ich gwiazdy macierzyste odrzucają swoją zewnętrzną otoczkę gazową i odsłaniają gorące jądra, które wciąż świecą, bowiem ich temperatura wynosi miliony stopni Celsjujsza. Te nowo odkryte białe karły stanowią idealne źródło podświetlenia międzygwiezdnego gazu i produkują linie emisyjne, które obserwujemy,” mówi Maraston.

Mimo, że ten mechanizm został pierwotnie zaproponowany tylko dla galaktyk eliptycznych nowe dane MaNGA wskazują na to, że jest to proces powszechny zarówno w galaktykach eliptycznych jak i spiralnych. „W galaktykach spiralnych gaz świecący jako LINER to resztki surowca do tworzenia gwiazd. Zasoby gazu ulegają wyczerpywaniu w centralnych regionach i procesy formowania gwiazd przenoszą się na zewnętrzne jej regiony. W galaktykach eliptycznych, w których formowanie się gwiazd zachodziło gwałtownie na początkowych stadiach ewolucji Wszechświata ten świecący gaz reprezentuje „odmładzanie” uśpionej galaktyki,” mówi Belfiore. „Gaz uwalniany z gwiazd umierających w galaktyce lub z łączącej się z eliptyczną inną galaktyką  jest w stanie przechwycić ekstremalne promieniowanie i sprawić, ze galaktyka zacznie znów świecić, choć tylko jako LINER.”

Dzięki obszernemu mapowaniu regionów powstawania linii emisyjnych z daleka od jądra galaktyki, z daleka od centralnej supermasywnej czarnej dziury, natomiast blisko młodych, dopiero co powstałych białych karłów, litera N w skrócie LINER odpowiadająca za słowo ‚nuclear’ musi zniknąć.

Okazuje się wtedy, że większość galaktyk to nie LINERy a zwykłe LIERy (en. kłamcy).

Źródło: NASA/phys.og/#AAS227

Dodaj komentarz