Dane z Herschela łączą tajemnicze wiatry kwazarowe z procesami gwiazdotwórczymi

Wizja artystyczna przedstawiająca głośny radiowo kwazar w galaktyce gwiazdotwórczej. Kwazar napędzany jest przez supermasywną czarną dziurę w centrum galaktyki. Gdy gaz wciągany jest w dysk akrecyjny wokół czarnej dziury, ogrzewa się do bardzo wysokich temperatur i emituje promieniowanie w całym spektrum elektromagnetycznym, szczególnie w kierunku dwóch silnych dżetów. Dodatkowo w galaktyce tej gwiazdy powstają w tempie kilkuset rocznie. Dla porównania w Drodze Mlecznej powstaje średnio 1-2 gwiazdy rocznie. Źródło: ESA/C. Carreau

Astronomowie wykorzystali Kosmiczne Obserwatorium Herschel do rozwiązania tajemnicy pochodzenia silnych wiatrów zimnego gazu w gorącym otoczeniu kwazarów. Dowody wskazujące na związek tych silnych wiatrów z procesami gwiazdotwórczymi w galaktykach macierzystych kwazaru mogą także pomóc rozwiązać tajemnicę górnej granicy rozmiarów galaktyk we Wszechświecie.

Od odkrycia kwazarów w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku dostarczają one licznych pytań, na które astronomowie starają się znaleźć odpowiedzi. Te energetyczne źródła – nawet 10 000 razy jaśniejsze od Drogi Mlecznej – to w rzeczywistości jądra odległych galaktyk, w których sercach ukryte są supermasywne czarne dziury.  Gdy gaz z otoczenia wciągany jest w dysk akrecyjny wokół takiej czarnej dziury, rozgrzewa się on do bardzo wysokich temperatur i zaczyna silnie promieniować w całym zakresie widma elektromagnetycznego – od fal radiowych do rentgenowskich.

Od ponad pięćdziesięciu lat astronomowie badają widma kwazarów starając się odkryć źródło emitowanego przez nie promieniowania elektromagnetycznego oraz badając drogę, którą ono pokonało, aby do nas dotrzeć.

Cennym narzędziem do badania tej podróży są linie absorpcyjne w widmie promieniowania kwazarów. Owe linie wskazują zakresy długości fali, które zostały pochłonięte gdy promieniowanie przemieszczało się od źródła do obserwatora, dzięki czemu możemy określić przez jaką materię przechodziło. Z czasem badania tych linii pozwoliły na odkrycie składu chemicznego galaktyk i obłoków gazu leżących pomiędzy nami a tymi odległymi obiektami. Jednak jeden zestaw linii absorpcyjnych pozostawał niewytłumaczony.

Astronomowie obserwowali linie absorpcyjne w wielu kwazarach i wskazują one na absorpcję po drodze przez chłodny gaz z ciężkimi metalami takimi jak węgiel, magnez czy krzem. Owe linie sygnalizują, że światło przemieszczało się przez wiatry chłodnego gazu poruszające się z prędkością tysięcy kilometrów na sekundę wewnątrz galaktyk macierzystych tych kwazarów. Choć wiedza o tym, że takie wiatry istnieją nie jest niczym nowym, to ich pochodzenie i przyczyny odpowiadające za ich tak ogromną prędkość pozostawały nieznane.

Credit: ESA/Herschel/NASA/JPL-Caltech; acknowledgement T. Pyle & R. Hurt (JPL-Caltech)

Astronom Peter Barthel i jego doktorant Pece Podigachoski z Uniwersytetu w Groningen wraz ze współpracownikami z Harvardu i Niemiec rzucili nowe światło na źródło zimnych wiatrów kwazarowych. Wykorzystując dane zebrane za pomocą Kosmicznego Obserwatorium Herschel astronomowie wykazali jako pierwsi, że intensywność linii absorpcyjnych metali związanych z tymi tajemniczymi wiatrami jest bezpośrednio związana z intensywnością procesów gwiazdotwórczych w galaktykach macierzystych kwazarów. Dzięki odkryciu tego trendu astronomowie są w stanie powiedzieć ze sporą pewnością, że intensywne powstawanie gwiazd wewnątrz galaktyki macierzystej może być mechanizmem napędzającym te tajemnicze i silne wiatry.

“Zidentyfikowanie związki między intensywnymi procesami gwiazdotwórczymi a silnymi wiatrami kwazarowymi to ekscytujące odkrycie” tłumaczy Pece Podigachoski. “Naturalne wytłumaczenie mówi, że owe wiatry napędzane są procesami gwiazdotwórczymi i supernowymi, które częściej eksplodują w okresach wzmożonej aktywności gwiazdotwórczej”.

Ten nowy związek nie tylko rozwiązuje zagadkę kwazarów, ale także może przyczynić się do rozwiązania jeszcze większej tajemnicy: dlaczego rozmiar galaktyk w obserwowanym wszechświecie wydaje się mieć pewną górną granicę?

“Oprócz pytania o to jakie procesy odpowiedzialne są za te wiatry gazowe, ich skutki także stanowią ważne pole badań w dzisiejszej astrofizyce” tłumaczy Peter Barthel. “Choć teorie przewidują, że galaktyki mogą bardzo się rozrastać, jak dotąd nie odkryliśmy ani jednej ultra-masywnej galaktyki. Wydaje się, że istnieje jakiś proces, który w pewnym momencie hamuje proces rozrastania się galaktyk: wewnętrzne wiatry gazowe mogą być właśnie odpowiedzialne za takie hamowanie”.

Teorie przewidują, że galaktyki mogą rozrastać się do rozmiarów setki razy większych niż największe dotąd obserwowane. Fakt deficytu galaktycznych behemotów we wszechświecie wskazuje, że istnieje jakiś proces wyczerpywania zapasów gazu w galaktykach, zanim zostaną one wykorzystane do tworzenia większych ilości gwiazd. Do takiego wyczerpywania gazu mogą prowadzić dwa mechanizmy: pierwszym są wiatry supernowych związane z procesami gwiazdotwórczymi, a drugim wiatry związane z supermasywną czarną dziurą w sercu każdego kwazaru. Choć obydwa mechanizmy mogą odgrywać tutaj swoją rolę, dowody na związek między wiatrami zimnego gazu i intensywnością procesów gwiazdotwórczych odkryte przez zespół wskazują, że w przypadku kwazarów, procesy gwiazdotwórcze wymagających stałych dostaw zimnego gazu, mogą być odpowiedzialne za pozbawianie galaktyki gazu i hamowanie jej zdolności do tworzenia nowych pokoleń gwiazd.

Źródło: ESA

Komentarze wyłączone.