Superhmotná černá díra požírá kosmickou medúzu

ESO 025/17 tisková zpráva

Přístroj MUSE pro dalekohled ESO/VLT objevil nový způsob zásobování černých děr hmotou

Pozorování takzvaných 'medúzovitých galaxií' pomocí dalekohledu ESO/VLT odhalila dosud neznámý způsob, jakým superhmotné černé díry získávají hmotu. Zdá se, že mechanismus vzniku struktur tvořených plynem i hvězdami a připomínajících chapadla medúzy, které daly těmto objektům jméno, rovněž umožňuje, aby se plyn dostal až do centrální oblasti galaxie, stal se kořistí černé díry a jasně se rozzářil. Výsledky byly publikovány ve vědeckém časopise Nature.

Tým astronomů pod italským vedením použil přístroj MUSE (Multi-Unit Spectroscopic Explorer) pracující ve spojení s dalekohledem ESO/VLT (Very Large Telescope) na observatoři Paranal v Chile ke studiu procesů, které vedou k vyfukování plynu z galaxií. Zaměřili se přitom na extrémní případy takzvaných 'medúzovitých galaxií' (jellyfish galaxies) v blízkých galaktických kupách, které jsou pojmenovány podle mimořádně dlouhých útvarů připomínajících chapadla táhnoucí se prostorem tisíce světelných let mimo disk mateřské galaxie [1], [2]. 

Chapadla 'medúzovitých galaxií' vznikají v galaktických kupách v důsledku procesu známého jako 'ram pressure stripping', což by se dalo popsat jako 'náporové vyfukování' plynu. Vzájemná gravitační přitažlivost jednotlivých galaxií vede k tomu, že vysokou rychlostí padají do středu kupy, kde se střetávají s horkým a hustým plynem, který působí jako silný protivítr. Ten vyfukuje proudy plynu ven z galaktického disku a zároveň působí jako iniciační proces pro překotný vznik nových hvězd (starburst).   

Vědcům se podařilo objevit, že šest ze sedmi takových galaxií obsažených v této studii skrývá ve svém centru superhmotnou černou díru (supermassive black hole) pohlcující okolní plyn [3]. A to je nečekaně vysoký podíl – v obecném vzorku galaxií je to méně než jedena z deseti.    

„Takto zřejmé spojení mezi vyfukováním plynu a přítomností aktivních černých děr nebylo předpovězeno a dosud ani pozorováno,“ říká vedoucí týmu Bianca Poggianti (INAF-Astronomical Observatory of Padova, Itálie). „Zdá se, že centrální černá díra pohlcuje hmotu právě proto, že část plynu pronikne do centra galaxie, místo aby byla vypuzena pryč.“ 

Vědce již dlouho trápí otázka, proč pouze malá část superhmotných černých děr v centrech galaxií je aktivní. Černé díry se totiž nacházejí téměř v každé galaxii, tak proč pouze zlomek z nich pohlcuje hmotu a jasně září? Tyto nové výsledky odhalují dosud neznámý mechanismus, jakým mohou černé díry hmotu získávat.

Yara Jaffé pracující pro ESO se na této práci podílela a vysvětluje její význam: „Pozorování pomocí přístroje MUSE naznačují existenci zcela neznámého mechanizmu, jakým se plyn může dostávat do blízkosti černé díry. Naše výsledky jsou důležité především proto, že poskytují nový kousek do skládačky ne zcela pochopeného propojení mezi superhmotnými černými děrami a jejich mateřskými galaxiemi.“     

Pozorování byla provedena v rámci mnohem rozsáhlejšího výzkumu řady medúzovitých galaxií, který v současnosti probíhá.

„Až bude tato přehlídka dokončena, budeme schopni říct, kolik a které z galaxií bohatých na plyn a vstupujících do kup prochází obdobím zvýšené aktivity svého jádra,“ dodává Bianca Poggianti. „Astronomové se dlouhou dobu snaží pochopit, jakým způsobem galaxie vznikají a proměňují se v expandujícím a vyvíjejícím se vesmíru. Medúzovité galaxie jsou klíčové k pochopení vývoje galaxií, jelikož je pozorujeme právě v období dramatické transformace.“

Zdroj

Poznámky

[1] Dosud bylo nalezeno asi 400 kandidátů na ‚medúzovité galaxie‘.

[2] Výsledky byly získány v rámci pozorovacího programu GASP (GAs Stripping Phenomena in galaxies with MUSE), což je velký program ESO (ESO Large Programme) zaměřený na výzkum ztráty plynu z galaxií. Program GASP získává detailní data s hlubokým dosahem pomocí MUSE pro 114 galaxií, které se nacházejí v rozličném prostředí. Speciálně se zaměřuje na galaxie ‚medúzovité‘. Pozorování v současnosti probíhají.    

[3] Je známo, že téměř všechny galaxie mají ve svém středu superhmotnou černou díru o hmotnosti od několika milionů do několika miliard Sluncí. Když černá díra nasává materiál ze svého okolí, hmota se zahřívá a vydává elektromagnetické záření. Vznikají tak aktivní galaktická jádra (active galactic nuclei, AGN), která patří mezi objekty ve vesmíru uvolňující největší množství energie.   

[4] Členové týmu rovněž zkoumali alternativní vysvětlení, že naopak aktivita galaktického jádra přispívá k výtoku plynu z galaxií. Autoři se ale domnívají, že tato varianta je méně pravděpodobná. V galaktické kupě se medúzovité galaxie nacházejí v zóně, kde je mimořádně pravděpodobné, že horký, hustý plyn intergalaktického média vytvoří dlouhá galaktická chapadla, což snižuje pravděpodobnost, že vznikají v důsledku činnosti aktivního jádra. Jsou tedy silnější důkazy, že nápor plynu zažehne aktivitu jádra a nikoliv obráceně. Jedná se tak o nový způsob, jak černá díra získává hmotu.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku “Ram Pressure Feeding Supermassive Black Holes” autorů B. Poggianti a kol., který byl publikován 17. srpna 2017 ve vědeckém časopise Nature.

Složení týmu: B. Poggianti (INAF-Astronomical Observatory of Padova, Itálie), Y. Jaffé (ESO, Chile), A. Moretti (INAF-Astronomical Observatory of Padova, Itálie), M. Gullieuszik (INAF-Astronomical Observatory of Padova, Itálie), M. Radovich (INAF-Astronomical Observatory of Padova, Itálie), S. Tonnesen (Carnegie Observatory, USA), J. Fritz (Instituto de Radioastronomía y Astrofísica, Mexiko), D. Bettoni (INAF-Astronomical Observatory of Padova, Itálie), B. Vulcani (University of Melbourne, Austrálie; INAF-Astronomical Observatory of Padova, Itálie), G. Fasano (INAF-Astronomical Observatory of Padova, Itálie), C. Bellhouse (University of Birmingham, UK; ESO, Chile), G. Hau (ESO, Chile) a A. Omizzolo (Vatican Observatory, Vatikán).

Odkazy

• Vědecký článek (Nature)
• Snímky dalekohledu VLT
• Snímky přístroje MUSE
• program GASP (GAs Stripping Phenomena in galaxies with MUSE)

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Bianca Poggianti; INAF-Astronomical Observatory of Padova; Padova, Italy; Tel.: +39 340 7448663; Email: bianca.poggianti@oapd.inaf.it

Richard Hook; ESO Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org