Młode galaktyki charakteryzują się intensywnymi procesami gwiazdotwórczymi, jednak z czasem ten okres powstawania nowych gwiazd przygasa. Najnowsze badania, których wyniki opublikowano 1 stycznia 2018 roku w periodyku Nature wskazują, że masa czarnej dziury znajdującej się w centrum galaktyki określa jak szybko to „tłumienie” procesów gwiazdotwórczych nadejdzie.
Każda masywna galaktyka posiada centralną supermasywną czarną dziurę o masie ponad miliona mas Słońca, a na obecność której wskazuje grawitacyjny wpływ na gwiazdy galaktyki, a czasami energetyczne promieniowanie z aktywnego jądra galaktyki (AGN). Naukowcy uważają, że energia wpływająca do galaktyki z aktywnego jądra galaktycznego tłumi procesy gwiazdotwórcze poprzez ogrzewanie i rozpraszanie gazu, który w przeciwnym razie wraz ze spadkiem temperatury ulegałby kondensacji w gwiazdy.
Pomysł ten istnieje już od dawna, a astrofizycy odkryli, że symulacje ewolucji galaktyk muszą uwzględniać wpływ czarnej dziury, aby odtworzyć obserwowane właściwości galaktyk. Jednak jak dotąd brakowało dowodów obserwacyjnych na związek między supermasywnymi czarnymi dziurami a procesami gwiazdotwórczymi.
„Wpisywaliśmy wpływ czarnych dziur do naszych symulacji, ale nie wiedzieliśmy skąd on się bierze” mówi Jean Brodie, profesor astronomii i astrofizyki na UC Santa Cruz oraz współautor artykułu. „To pierwszy bezpośredni dowód obserwacyjny, w którym widzimy wpływ czarnej dziury na historię formowania gwiazd w galaktyce”.
Nowe wyniki wskazują na bezustanne oddziaływanie aktywności czarnej dziury i procesów gwiazdotwórczych na przestrzeni historii życia galaktyki, wpływający na każde pokolenie powstających w niej gwiazd .
Badania prowadzone przez Ignacio Martin-Navarro z UC Santa Cruz skupiały się na masywnych galaktykach, dla których masa centralnej czarnej dziury mierzona była wcześniej poprzez analizę ruchu gwiazd w pobliżu centrum galaktyki. Aby określić historię powstawania gwiazd w tych galaktykach, Martin-Navarro analizował szczegółowe widma emitowanego przez nich promieniowania uzyskane w ramach przeglądu Hobby-Eberly Telescope Massive Galaxy Survey.
Spektroskopia umożliwia astronomom rozdzielenie i zmierzenie różnych długości światła emitowanego przez obiekt. Martin-Navarro wykorzystał techniki obliczeniowe do analizy widma każdej z galaktyk i odtworzenia historii procesów gwiazdotwórczych w nich zachodzących poprzez poszukiwanie kombinacji populacji gwiazd najlepiej pasujących do danych spektroskopowych. Gdy już porównał historie formowania gwiazd w galaktykach z czarnymi dziurami o różnych masach, odkrył zaskakujące różnice. Różnice te skorelowane były tylko z masą czarnej dziury, a nie z morfologią, rozmiarami czy innymi cechami badanych galaktyk.
„W przypadku galaktyk o tej samej masie gwiazd, a różnych masach czarnych dziur, galaktyki z większymi czarnymi dziurami wygaszały procesy gwiazdotwórcze wcześniej i szybciej niż galaktyki o mniejszych czarnych dziurach. Tak więc procesy gwiazdotwórcze trwały dłużej w galaktykach z mniejszymi centralnymi czarnymi dziurami”.
Inni badacze poszukiwali korelacji między procesami gwiazdotwórczymi a jasnością aktywnych jąder galaktycznych, ale bez sukcesu. Martin-Navarro uważa, że może tak być z uwagi na inne skale czasowe – procesy gwiazdotwórcze badamy na przestrzeni setek milionów lat, a rozbłyski AGNów trwają znacznie krócej.
Supermasywna czarna dziura jest jasna tylko wtedy gdy aktywnie pożera materię z wewnętrznych regionów swojej galaktyki macierzystej. AGNy są bardzo zmienne, a ich właściwości zależą od rozmiarów czarnej dziury, tempa akrecji nowej materii opadającej na czarną dziurę oraz innych czynników.
„Wykorzystaliśmy masę czarnej dziury jako przybliżenie ilości energii dostarczanej do galaktyki przez AGN ponieważ akrecja na masywniejsze czarne dziury prowadzi do przekazywania większej ilości energii przez AGN do galaktyki, co z kolei prowadzi do szybszego wygaszania procesów gwiazdotwórczych” tłumaczy Martin-Navarro.
Źródło: UC Santa Cruz