Přispívá černá díra ke vzniku galaxie?

ESO 046/09 tisková zpráva

Co bylo dřív: supermasivní černé díry horečně hltající hmotu nebo obří galaxie v nichž sídlí? Z posledních mimořádných pozorování osamocené černé díry vyplývá úplně jiný scénář. Černé díry si mohou doslova „postavit“ svou vlastní galaxii. Mohlo by se tak jednat o dlouho hledaný klíč k otázce, proč galaxie s větším počtem hvězd mají hmotnější černé díry.  

„Co bylo dřív: vejce nebo slepice – galaxie nebo její černá díra. To je jedna z nejčastěji kladených otázek moderní astrofyziky,“ říká hlavní autor studie David Elbaz. „Z našeho výzkumu vyplývá, že černá díra může nastartovat formování hvězd a tím ‘položit základy’ galaxie, která se nakonec stane jejím hostitelem.“ A toto vývojové spojení může být také vysvětlením známého faktu, že galaxie s hmotnější černou dírou mají větší počet hvězd.

Aby tým autorů mohl učinit tento mimořádný závěr, musel provést rozsáhlá pozorování neobvyklého objektu – blízkého kvasaru HE0450-2958 (viz ESO PR 23/05 obsahující dřívější studii), který je jediným známým objektem tohoto typu s dosud neidentifikovanou mateřskou galaxií [1]. Kvasar HE0450-2958 se nachází ve vzdálenosti 5 miliard světelných let.

Doposud se spekulovalo o tom, že hostitelská galaxie je zakryta velkým množstvím prachu. Proto astronomové pro svá pozorování použili dalekohled ESO/VLT a kameru pro střední infračervené pásmo [2]. Na těchto vlnových délkách prach vyzařuje velmi nápadně a měl by být lehce detekovatelný. „Pozorování ve středním infračerveném pásmu nám mělo umožnit vystopovat prach, stínící hledanou galaxii,“ říká Knud Jahnke, který vedl pozorování prováděná pomocí VLT. „Přes veškeré úsilí jsme ale žádný prach nenašli. Místo toho jsme objevili, že nedaleká galaxie bez zjevného vztahu ke kvasaru produkuje úžasnou rychlostí nové hvězdy."     
 
Toto pozorování poskytlo překvapivý nový pohled na systém. Zatímco v okolí černé díry (kvasaru) není ani stopy po hvězdách, blízká galaxie je extrémně bohatá na jasné a mladé stálice. Tvoří je rychlostí ekvivalentní 350 Sluncím za rok, tedy stokrát rychleji, než je obvyklé u galaxií v našem okolí.  

Již dřívější pozorování ve skutečnosti ukázala, že galaxie je takříkajíc ‘pod palbou’: kvasar chrlí jet vysokoenergetických částic doprovázený proudem rychle se pohybujícího plynu směrem na svého souputníka. Dodávka hmoty a energie do sousední galaxie naznačuje, že kvasar mohl podpořit formování hvězd a tím přispět ke vzniku své vlastní galaxie; podle tohoto modelu by se galaxie mohly vytvořit z oblaků plynu, ostřelovaných energetickými jety z kvasarů.     
 
„Tyto dva objekty se v budoucnu téměř jistě spojí v jeden. Kvasar se pohybuje jen velmi malou rychlostí několik desítek tisíc km/h vzhledem k sousední galaxii a jejich vzájemná vzdálenost činí jen asi 22 000 světelných let,“ říká Elbaz. „Jakkoliv je kvasar v současnosti ‘nahý’, může se v budoucnu zahalit po spojení se svým na hvězdy bohatým souputníkem. A tak se konečně ocitne uvnitř hostitelské galaxie, jako většina ostatních kvasarů.“
 
Tým tudíž identifikoval jety z černé díry jako možný proces, který pohání hvězdotvorbu v galaxii, a tento objev může představovat dlouho hledaný klíč k pochopení otázky, proč je hmotnost černých děr vyšší u galaxií s větším počtem hvězd. [3]

„Dalším přirozeným krokem v naší práci bude hledání podobných objektů v jiných systémech,“ říká Jahnake.

Budoucí přístroje, jako například ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), E-ELT (European Extremely Large Telescope) nebo JWST (NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope) budou schopné nalézt podobné objekty v mnohem větších vzdálenostech a otestovat spojitost mezi černými dírami a formováním galaxií ve vzdáleném vesmíru.

Zdroj

 
Poznámky

[1] Supermasivní černé díry nalézáme v jádrech většiny velkých galaxií; některé neaktivní, jako ta ve středu naší Galaxie, jiné takzvaně aktivní, pohlcující enormní množství hmoty. To vede k uvolňování velkého množství energie v podobě elektromagnetického záření všech vlnových délek. Velkolepým případem tohoto typu jsou pak kvasary, kde jádro je tak aktivní, že přezáří celou galaxii.  

[2] Tato část studie je založena na pozorováních ve středním infračerveném pásmu pomocí přístroje VISIR (infračervená kamera a spektrometr pro VLT) kombinovaných se spektry, získanými díky VLT-FORS, záběry ve viditelném světle a IR, získanými NASA/ESA Hubble Space Telescope a rádiovými pozorováními provedenými na Australia Telescope National Facility.
 
[3] Většina galaxií v našem nejbližším okolí obsahuje supermasivní černou díru, jejíž hmotnost je obvykle 1/700 ve srovnání s hmotností výduti. Původ vztahu udávajícího poměr hmotnosti černé díry k hmotnosti hvězd dané galaxie je jedním z nejčastěji diskutovaných problémů moderní astrofyziky.
 

Další informace

Výzkum je prezentován v časopise Astronomy & Astrophysics v článku pod názvem 'Quasar induced galaxy formation: a new paradigm?' autorů Elbaz a kol.; a také v časopise Astrophysical Journal v článku pod názvem 'The QSO HE0450-2958: Scantily dressed or heavily robed? A normal quasar as part of an unusual ULIRG' autorů Jahnke a kol..

Složení týmu: David Elbaz (Service d’Astrophysique, CEA Saclay, Francie), Knud Jahnke (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Německo), Eric Pantin (Service d’Astrophysique, CEA Saclay, Francie), Damien Le Borgne (Paris University 6 a CNRS, Institut d'Astrophysique de Paris, Francie) a Géraldine Letawe (Institut d'Astrophysique et de Géophysique, Université de Liège, Belgie).

ESO (Evropská jižní observatoř) je mezinárodní evropskou organizací pro astronomii. Jejími členy (14) jsou: Belgie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemí, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO má za cíl vývoj, konstrukci a provoz výkonných pozemních dalekohledů, jenž zpřístupní astronomům významné vědecké objevy. ESO také hraje přední roli v astronomickém výzkumu a mezinárodní spolupráci. V současnosti provozuje světově jedinečné observatoře, jež se nacházejí na poušti Atacama Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Paranalu ESO provozuje nejvyspělejší pozemní dalekohled pracující ve viditelném světle – Velmi velký dalekohled (VLT). Zároveň je ESO evropským zástupcem  největšího astronomického projektu všech dob – teleskopu ALMA. V současnosti ESO plánuje výstavbu Evropského extrémně velkého dalekohledu (E-ELT), který bude mít průměr primárního zrcadla 42 metrů. Bude pracovat ve viditelném a infračerveném oboru a stane se největším dalekohledem světa.

Odkazy

• odborné články 1 a 2
• webová stránka Davida Elbaze: http://david.elbaz3.free.fr

Kontakty:

David Elbaz; CEA, Saclay, France; Phone: +33 (0)1 69 08 54 39; E-mail: delbaz (at) cea.fr

Knud Jahnke; Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg; Phone: +49 6221 528 398; E-mail: jahnke (at) mpia-hd.mpg.de

ESO La Silla - Paranal - ELT Press Officer: Henri Boffin - +49 89 3200 6222 - hboffin@eso.org
ESO Press Officer in Chile: Valeria Foncea - +56 2 463 3123 - vfoncea@eso.org

Překlad: Jiří Srba, Hvězdárna Valašské Meziříčí
Národní kontakt: Pavel Suchan +420 267 103 040; suchan@astro.cz