eso1124pl — Komunikat naukowy

Co aktywuje supermasywn� czarn� dziur�?

Galaktyczne kolizje nie s� sprawcami, nawet w g�sto wype�nionym wczesnym Wszech�wiecie

13 lipca 2011

Niespodziank� okaza�y si� wyniki najnowszych bada� naukowych korzystaj�cych z danych z Bardzo Du�ego Teleskopu VLT (Europejskie Obserwatorium Po�udniowe ESO) oraz kosmicznego obserwatorium rentgenowskiego XMM-Newton (Europejska Agencja Kosmiczna ESA). Wi�kszo�� olbrzymich czarnych dziur w centrach galaktyk nie zosta�o uruchomionych na skutek po��czenia si� dw��ch galaktyk, jak przypuszczano do tej pory.

Niespodziank� okaza�y si� wyniki najnowszych bada� naukowych korzystaj�cych z danych z Bardzo Du�ego Teleskopu VLT (Europejskie Obserwatorium Po�udniowe ESO) oraz kosmicznego obserwatorium rentgenowskiego XMM-Newton (Europejska Agencja Kosmiczna ESA). Wi�kszo�� olbrzymich czarnych dziur w centrach galaktyk nie zosta�o uruchomionych na skutek po��czenia si� dw��ch galaktyk, jak przypuszczano do tej pory.

W sercach wi�kszo�ci, je�li nie wszystkich, du�ych galaktyk skrywaj� si� supermasywne czarne dziury o masach miliony, a czasami miliardy razy wi�kszych ni� masa S�o�ca. W wielu galaktykach, tak�e w naszej Drodze Mlecznej, centralna czarna dziura jest spokojna. Ale w niekt��rych, szczeg��lnie we wczesnej historii Wszech�wiata [1], centralny potw��r po�era otaczaj�c� materi�, a gdy ta spada na czarn� dziur�, powoduje to intensywne promieniowanie.

Jedn� z zagadek jest �r��d�o, z kt��rego pochodzi materia aktywuj�ca u�pion� czarn� dziur� i wzbudzaj�ca gwa�towne wybuchy w centrum galaktyki, tak �e staje si� ono aktywnym centrum galaktyki (AGN ��� active galactic nucleus). Do tej pory wielu astronom��w uwa�a�o, �e wi�kszo�� aktywnych galaktyk zosta�a zainicjowana poprzez galaktyczne mergery, czyli zderzenia galaktyk, albo w sytuacjach bliskiego przej�cia dw��ch galaktyk obok siebie, kiedy to zaburzona materia stawa�a si� paliwem dla centralnej czarnej dziury. Jednak nowe wyniki bada� pokazuj�, �e ta koncepcja mo�e by� nieprawdziwa dla wielu aktywnych galaktyk.

Viola Allevato (Max-Planck-Institut f��r Plasmaphysik; Excellence Cluster Universe,�Garching, Niemcy) oraz mi�dzynarodowy zesp��� naukowc��w z projektu COSMOS [2] szczeg���owo zbada� ponad 600 aktywnych galaktyk w obszarze nieba zwanym polem COSMOS [3]. Tak jak si� spodziewano, astronomowie stwierdzili, �e ekstremalnie jasne aktywne j�dra galaktyk s� rzadkie, a wi�kszo�� aktywnych galaktyk w ci�gu ostatnich 11 miliard��w lat by�a jedynie przeci�tnie jasna. Jednak natkni�to si� tak�e na niespodziank� ��� dane pokaza�y, �e wi�kszo�� tych mniej jasnych aktywnych galaktyk nie zosta�o wzbudzonych przez zderzenia mi�dzy galaktykami, nawet w bardzo odleg�ej przesz�o�ci [4]. Wyniki bada� uka�� si� w The Astrophysical Journal.

Aktywne j�dro galaktyki ujawnia swoj� obecno�� poprzez promieniowanie rentgenowskie emitowane z okolic czarnej dziury, co zosta�o zaobserwowane przez kosmiczne obserwatorium XMM-Newton nale��ce do Europejskiej Agencji Kosmicznej ESA. Te same galaktyki by�y jednocze�nie obserwowane przez Bardzo Du�y Teleskop VLT, nale��cy do Europejskiego Obserwatorium Po�udniowego ESO. Dzi�ki VLT mo�na by�o wyznaczy� odleg�o�ci do galaktyk [5]. Po��czone razem obserwacje pozwoli�y badaczom na utworzenie tr��jwymiarowej mapy pokazuj�ce gdzie znajduj� si� aktywne galaktyki.

���Zaj��o to ponad pi�� lat, ale uda�o nam si� otrzyma� jeden z najwi�kszych i najbardziej kompletnych katalog��w galaktyk aktywnych na niebie rentgenowskim��� powiedzia�a Marcella Brusa, jedna z autorek bada�.

Astronomowie mogli nast�pnie u�yj nowej mapy do dowiedzenia si� w jaki spos��b galaktyki aktywne s� rozmieszczone i por��wna� obserwacje z teoretycznymi przewidywaniami. Mogli tak�e zobaczy� w jaki spos��b zmienia�o si� roz�o�enie galaktyk wraz z wiekiem Wszech�wiata od oko�o 11 miliard��w lat wstecz do prawie wsp���czesnych czas��w.

Zesp��� zauwa�y�, �e aktywne j�dra galaktyk s� przewa�nie obecne w du�ych, masywnych galaktykach zawieraj�cych wiele ciemnej materii [6]. By�o to niespodziank� niezgodn� z teoretycznymi przewidywaniami ��� gdyby wi�kszo�� aktywnych j�der galaktyk by�a konsekwencj� merger��w i kolizji pomi�dzy galaktykami, powinny by� odnajdywane w galaktykach o �redniej masie (oko�o bilion razy wi�kszej ni� masa S�o�ca). Zesp��� stwierdzi�, �e wi�kszo�� aktywnych j�der galaktyk rezyduje w galaktykach o masach oko�o 20 razy wi�kszych ni� warto�� przewidywana przez teori� merger��w.

���Te rezultaty daj� nam nowy pogl�d na to w jaki spos��b supermasywne czarne dziury rozpoczynaj� swoje ucztowanie��� powiedzia� Viola Allevato, g���wny autor publikacji. ���Wyniki wskazuj�, �e czarne dziury s� zazwyczaj zasilane przez procesy wewn�trz galaktyki, takie jak niestabilno�ci dyskowe i wybuchy gwiazd, a nie przez zderzenia galaktyk.���

Alexis Finoguenov, kt��ry by� promotorem pracy, podsumowuje: ���Nawet w odleg�ej przesz�o�ci, do prawie 11 miliard��w lat wstecz, zderzenia galaktyk mog� odpowiada� jedynie za niewielki procent �rednio jasnych galaktyk aktywnych. W tamtych czasach galaktyki znajdowa�y si� bli�ej siebie, wi�c oczekuje si�, �e mergery by�y znacznie cz�stsze ni� w bli�szej przesz�o�ci, tak wi�c nowe wyniki s� jeszcze bardziej zaskakuj�ce.���

Uwagi

[1] Najja�niejsze galaktyki aktywne by�y najpowszechniejsze we Wszech�wiecie oko�o trzy do czterech miliard��w lat po Wielkim Wybuchu, a mniej jasne obiekty w p���niejszym czasie, z maksimum oko�o o�miu miliard��w lat po Wielkim Wybuchu.

[2] Nowe badania opieraj� si� na dw��ch wielkich europejskich projektach astronomicznych: przegl�dzie pola COSMOS za pomoc� XMM-Newton, prowadzonym przez profesora G��nthera Hasingera oraz zCOSMOS w Europejskim Obserwatorium Po�udniowym, prowadzonym przez profesora Simona Lilly. Te programy badawcze s� cz��ci� inicjatywy COSMOS, mi�dzynarodowej wsp���pracy w obserwacjach fragmentu nieba za pomoc� Kosmicznego Teleskopu Hubble���a (NASA/ESA), rentgenowskiego XMM-Newton (ESA) i Chandra� X-Ray Observatory (NASA), a tak�e podczerwonego Kosmicznego Teleskopu Spitzera (NASA), wspieranych przez obserwacje Bardzo Du�ym Teleskopem VLT (ESO) i innymi teleskopami naziemnymi.

[3] Pole COSMOS ma obszar oko�o dziesi�� razy wi�kszy ni� tarcza Ksi��yca w pe�ni. Znajduje si� w gwiazdozbiorze Sekstantu. Mapy tego obszar zosta�y wykonane wieloma teleskopami na r���nych d�ugo�ciach fali, dzi�ki czemu wiele badan mo�e korzysta� z bogactwa zgromadzonych danych.

[4] Praca opublikowana w ubieg�ym roku Kosmicznego Teleskopu Hubble���a (NASA/ESA) (heic1101) pokaza�a, �e nie ma silnego zwi�zku pomi�dzy aktywnymi j�drami galaktyk, a mergerami w pr��bce relatywnie bliskich galaktyk. To badanie obejmowa�o okres oko�o o�miu miliard��w lat wstecz, natomiast nowe wyniki przesuwaj� wnioski o trzy miliardy lat dalej, do czas��w gdy galaktyki by�y rozmieszczone znacznie bli�ej siebie.

[5] Zesp��� u�y� spektrografu na VLT do rozdzielenie s�abego �wiat�a galaktyk na sk�adowe kolory. Staranne analizy pozwoli�y nast�pnie na ustalenie przesuni�cia ku czerwieni, czyli tego jak bardzo �wiat�o zosta�o rozci�gni�te przez rozszerzanie Wszech�wiata od momentu gdy opu�ci�o galaktyki, co pozwala okre�li� odleg�o�ci do nich. Poniewa� �wiat�o podr���uje ze sko�czon� pr�dko�ci�, wynik ten m��wi nam te� jak daleko w czasie widzimy odleg�e obiekty.

[6] Ciemna materia to tajemnicza substancja, kt��ra formuje niewidzialne sk�adniki wi�kszo�ci, je�li nie wszystkich, galaktyk (aktywnych i pozosta�ych) ��� tak�e naszej Drogi Mlecznej. Autorzy oszacowali ilo�� masy ciemnej materii w ka�dej galaktyce ��� kt��ra okre�la jej ca�kowit� mas� ��� z rozmieszczenia galaktyk.

Wi�cej informacji

Wyniki bada� zosta�y zaprezentowane w The Astrophysical Journal lipcu 2011 roku.

Sk�ad zespo�u badawczego: V. Allevato (Max-Planck-Institut f��r Plasmaphysik�[IPP]; Excellence Cluster Universe,�Garching, Niemcy), A. Finoguenov (Max-Planck-Institut f��r Extraterrestrische Physik [MPE], Garching, Niemcy oraz University of Maryland, Baltimore, USA), N. Cappelluti (INAF-Osservatorio Astronomico de Bologna [INAF-OA], W�ochy oraz University of Maryland, Baltimore, USA), T.Miyaji (Universidad Nacional Autonoma de Mexico, Ensenada, Meksyk oraz University of California at San Diego, USA), G. Hasinger (IPP), M. Salvato (IPP, Excellence Cluster Universe, Garching, Niemcy), M. Brusa (MPE), R. Gilli (INAF-OA), G. Zamorani (INAF-OA), F. Shankar (Max-Planck-Institut f��r Astrophysik, Garching, Germany), J. B. James (University of California at Berkeley, USA oraz University of Copenhagen, Dania), H. J. McCracken (Observatoire de Paris, Francja), A. Bongiorno (MPE), A. Merloni (Excellence Cluster Universe, Garching, Niemcy oraz MPE), J. A. Peacock (University of California at Berkeley, USA), J. Silverman (University of Tokyo, Japan) oraz A. Comastri (INAF-OA).

ESO, Europejskie Obserwatorium Po�udniowe, jest wiod�c� mi�dzyrz�dow� organizacj� astronomiczn� w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na �wiecie. Jest wspierane przez 15 kraj��w: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz W�ochy. ESO prowadzi ambitne programy dotycz�ce projektowania, konstrukcji i u�ytkowania silnych naziemnych instrument��w obserwacyjnych, pozwalaj�c astronomom na dokonywanie znacz�cych odkry� naukowych. ESO odgrywa wiod�c� rol� w promowaniu i organizowaniu wsp���pracy w badaniach astronomicznych. ESO zarz�dza trzema unikalnymi, �wiatowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada Bardzo Du�y Teleskop (Very Large Telescope), najbardziej zaawansowane na �wiecie astronomiczne obserwatorium w �wietle widzialnym oraz dwa teleskopy do przegl�d��w. VISTA pracuje w podczerwieni i jest najwi�kszym na �wiecie instrumentem do przegl�d��w nieba, natomiast VLT Survey Telescope to najwi�kszy teleskop dedykowany przegl�dom nieba wy��cznie w zakresie widzialnym. ESO jest europejskim partnerem dla rewolucyjnego teleskopu ALMA, najwi�kszego istniej�cego projektu astronomicznego. ESO planuje obecnie 40-metrowej klasy Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope - E-ELT), kt��ry stanie si� ���najwi�kszym okiem �wiata na niebo���.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdj�cia VLT
• Komunikat prasowy HST (heic1101)
• Powi�kszenie pola COSMOS
  

Kontakt

Krzysztof Czart
Astronomia.pl
Toru�, Poland
E-mail: eson-poland@eso.org

Dr Alexis Finoguenov
Max-Planck-Institut f��r extraterrestrische Physik
Garching, Germany
Tel.: +49 89 30000 3644
E-mail: alexis@mpe.mpg.de

Viola Allevato
Max-Planck-Institut f��r Plasmaphysik; Excellence Cluster Universe
Garching, Germany
Tel.: +49 89 3299 1558
E-mail: viola.allevato@ipp.mpg.de

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei M��nchen, Germany
Tel.: +49 89 3200 6655
E-mail: rhook@eso.org

Connect with ESO on social media