Największe galaktyki we Wszechświecie nie rodzą nowych gwiazd w takiej objętości, jakiej można by się po nich spodziewać. Coś zakłóca ten proces. Nowe badanie z wykorzystaniem teleskopu XRISM wydaje się dawać odpowiedź.
Winowajcami są wiatry czarnej dziury.
Te supermasywne kotwice grawitacyjne zwykle przyciągają uwagę mediów ze względu na ich tendencję do wciągania wszystkiego w siebie. Jednakże odpychają się z tą samą siłą. Naukowcy z Uniwersytetu Michigan odkryli, że potężne pióropusze materii uciekającej z czarnych dziur wydmuchują w przestrzeń surowce potrzebne do tworzenia gwiazd.
Według współczesnych teorii gigantyczne galaktyki powinny być wypełnione znacznie większą masą gwiazdową, niż się faktycznie obserwuje. Mszy „brakuje”. Gdzie poszła? Została rzucona w otchłań kosmosu.
Co widzi XRISM
XRISM to misja polegająca na obrazowaniu rentgenowskim i spektroskopii. Projektem kieruje Japońska Agencja Kosmiczna (JAXA) przy wsparciu partnerów z NASA i ESA. Wystrzelenie odbyło się w 2023 r., a aktywne obserwacje rozpoczęły się pod koniec 2024 r.
To nie tylko aktualizacja sprzętu teleskopowego. Rozdzielczość energetyczna jest tutaj około dziesięciokrotnie wyższa niż w przypadku instrumentów poprzedniej generacji.
Przed XRISM? Widzieliśmy jedynie ogólne zarysy przepływów gazu. Teraz możemy rozwiązywać drobne struktury. Teraz możemy zobaczyć ich geometrię.
Xin „Cindy” Xiang, absolwentka Uniwersytetu Michigan, wykorzystała nową wyrazistość obrazu do badania NGC 4151, jasnego, aktywnego jądra galaktycznego oddalonego o ponad 50 milionów lat świetlnych. W jej sercu znajduje się supermasywna czarna dziura, łapczywie pochłaniająca materię. Proces absorpcji podgrzewa gaz do postaci plazmy i tworzy wokół dziury jasny dysk akrecyjny.
“Jaka jest ich struktura i geometria? Jak i kiedy zaczynają się te wiatry?”
Na te pytania stara technologia nie potrafiła odpowiedzieć. XRISM – być może.
Mechanizm działania
Wiatry te nie są zjawiskiem przypadkowym. Wygląda na to, że napędzane są magnetycznymi siłami odśrodkowymi. Wyobraźcie sobie rozbłyski słoneczne, ale na skalę kosmiczną. Obracający się dysk działa jak proca, wyrzucając z dużą prędkością zjonizowany gaz ze środka.
Jeśli wiatry te są wystarczająco szybkie, oczyszczają okolicę. Gaz znika i nie ma z czego tworzyć gwiazd.
Wcześniej Xiang i profesor John Miller wykazali, że wiatry w NGC 4152 (prawdopodobnie literówka w oryginale, oznaczające NGC 4151) mogą osiągnąć prędkości wystarczające do całkowitego pokonania przyciągania grawitacyjnego galaktyki. Nowe badania dokładnie wskazują, kiedy się włączają.
Śledzenie „Cindicity”
Teraz sprawy się komplikują.
Zachowanie czarnych dziur nie jest statyczne – zmienia się. Xiang spędził czas analizując dane XRISM z setek dni z obserwacji NGC 4115 (ponownie, oryginał prawdopodobnie odnosi się do NGC 4151). Śledziła wahania jasności promieni rentgenowskich, przyglądając się uważnie rozbłyskom. Następnie oceniła „kolor” promieniowania. Nie w zwykłym sensie wizualnym, ale pod względem poziomu energii: „twarde” lub „miękkie” promieniowanie rentgenowskie.
Połączyła te czynniki w jeden miernik. Mieszanka jasności i energii.
Miller zaproponował skrócenie nazwy do „cindicity” („syndykyczność”). Częściowo dlatego, że ma na imię Cindy. A także dlatego, że brzmi to niecodziennie. Pomysł zadziałał.
„Jeśli powiesz mi, jaki jest poziom ciemności, będę mógł stwierdzić, czy widzisz szybko wychodzący strumień wiatru”.
To jest jego zaleta. Nie ma już potrzeby prowadzenia wielomiesięcznych obserwacji. Wystarczy zrobić zdjęcie, zmierzyć wskaźnik i zrozumieć, co czarna dziura robi ze swoją emisją.
Opóźnienie
I tu kryje się niespodzianka.
Najsilniejsze wiatry występują nie podczas najjaśniejszego błysku.
Xiang odkrył opóźnienie. Najszybsze przepływy pojawiły się około 10 000 sekund później. To jakieś trzy godziny. Początkowo promieniowanie rentgenowskie stało się twarde i przyćmione, dopiero potem wzmógł się wiatr.
Jest to pierwsze bezpośrednie, czasowe połączenie pomiędzy światłem, które widzimy, a ulatniającym się gazem.
Dlaczego dokładnie trzy godziny? Dlaczego nie zero? Być może mechanizm potrzebuje czasu, aby się „naładować”. Albo energia wytwarza ciśnienie, zanim pokona napięcie powierzchniowe.
Teraz mamy zegar. Możemy jedynie poczekać na kolejne „tyknięcie”, aby sprawdzić, czy ten czas pokrywa się w innych galaktykach. Jeśli to prawda, nasze modele ewolucji galaktyk staną się znacznie mniej teoretyczne i dokładniejsze.
Ale poczekaj. Czy ten proces jest powszechny? A może tylko NGC 4151 lubi się tak „bawić”?
