Czerwone nuggety – galaktyczne złoto dla astronomów

Jakieś dziesięć lat temu astronomowie odkryli populację małych, ale masywnych galaktyk, które nazwali “czerwonymi nuggetami”. Najnowsze badania przeprowadzone za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra wskazują, że czarne dziury w tych galaktykach stłumiły procesy gwiazdotwórcze i wykorzystały część pozostałego paliwa gwiezdnego do zwiększania swojej masy do niespotykanych rozmiarów.

Czerwone nuggety po raz pierwszy odkryto za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a w ogromnej odległości od Ziemi, odpowiadającej zaledwie trzem/czterem miliardom lat po Wielkim Wybuchu. To pozostałości po pierwszych masywnych galaktykach, które uformowały się zaledwie miliard lat po Wielkim Wybuchu. Astronomowie uważają, że są one przodkami gigantycznych galaktyk eliptycznych obserwowanych w lokalnym Wszechświecie. Masy czerwonych nuggetów są takie same jak gigantycznych galaktyk eliptycznych, ale ich rozmiary są pięciokrotnie mniejsze.

Podczas gdy większość czerwonych nuggetów połączyła się z innymi galaktykami na przestrzeni miliardów lat, niewielka ich liczba  przetrwała tę długą historię praktycznie nietknięta. Te niezaburzone czerwone nuggety stanowią idealną okazję do badania tego jak galaktyki oraz supermasywne czarne dziury znajdujące się w ich centrach, zachowywały się na przestrzeni miliardów lat izolacji.

Po raz pierwszy zastosowano Chandrę do badania gorącego gazu w dwóch takich izolowanych czerwonych nuggetów – MRK 1216 oraz PGC 032673. Znajdują się one zaledwie 295 oraz 344 miliony lat świetlnych od Ziemi, w przeciwieństwie do miliardów lat, o jakie oddalone były od nas pierwsze odkryte galaktyki tego typu. Ten emitujący w pasmie rentgenowskim gorący gaz zawiera ślady aktywności supermasywnej czarnej dziury w każdej z tych dwóch galaktyk.

“Te galaktyki istnieją od 13 miliardów lat i jak dotąd nie wchodziły w żadne interakcje z jakąkolwiek inną galaktyką” mówi Norbert Werner, który kierował badaniami. “Odkrywamy, że czarne dziury w tych galaktykach przejmują kontrolę, czego skutki nie są zbyt dobre dla nowych gwiazd, które się tam formują”.

Temperatura gorącego gazu jest wyższa w centrum galaktyki MRK 1216 w stosunku do otoczenia, co wskazuje na niedawne ogrzewanie przez czarną dziurę. Co więcej, astronomowie dostrzegli także emisję radiową z centrum galaktyki, która jest charakterystyczna dla dżetów emitowanych z okolic czarnej dziury. No i w końcu emisja rentgenowska z bezpośredniego otoczenia czarnej dziury jest sto milionów razy mniejsza niż teoretyczny limit na tempo wzrostu czarnej dziury, kiedy to zewnętrzne ciśnienie promieniowania równoważone jest przez przyciąganie grawitacyjne czarnej dziury. Tak niski poziom emisji rentgenowskiej jest typowy dla czarnych dziur emitujących dżety. Wszystkie te czynniki silnie przemawiają za tym, że aktywność generowana przez centralne supermasywne czarne dziury w tych czerwonych nuggetach tłumi procesy powstawania nowych gwiazd.

Może istnieć jeszcze jeden związek między czarnymi dziurami i gorącym gazem. Autorzy wskazują, że większość masy czarnej dziury może pochodzić z gorącego gazu otaczającego obie galaktyki. Czarne dziury zarówno w MRK 1216 jak i PGC 032873 to jedne z najmasywniejszych znanych czarnych dziur we wszechświecie – ich masa sięga pięciu miliardów mas Słońca, sądząc po optycznych obserwacjach prędkości gwiazd w pobliżu centrów obu galaktyk.  Masa czarnej dziury w centrum MRK 1216, a prawdopodobnie także tej w PGC 032873 może stanowić nawet kilka procent łącznej masy wszystkich gwiazd znajdujących się w centralnym regionie każdej z galaktyk, podczas gdy w większości galaktyk ten stosunek jest niemal dziesięć razy mniejszy.

Widocznie, pozostawione same sobie, czarne dziury zachowują się jak tyrani. Nie dość, że hamują tempo powstawania nowych gwiazd, to jeszcze same pożerają znaczącą część materii w galaktyce” mówi współautor opracowania Massimo Gaspari z Uniwersytetu w Princeton.

Źródło: Chandra X-ray Center