ALMA zkoumá záhadné výtrysky z obřích černých děr

ESO 044/13 tisková zpráva

Dva mezinárodní týmy astronomů využily možnosti pole radioteleskopů ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) a sledovaly výtrysky (jety) vycházející z mohutných černých děr v centrech galaxií. Jejich cílem bylo odhalit, jakým způsobem výtrysky ovlivňují své okolí. Přitom se jim podařilo získat dosud nejlepší záběr oblaků molekulárního plynu nedaleko klidné černé díry a zachytit nečekaný náznak spodní části mohutného jetu.

V srdci téměř všech galaxií ve vesmíru, včetně té naší, se nacházejí supermasivní černé díry s hmotnostmi až několika miliard Sluncí. V dávné minulosti všechny tyto bizarní objekty hýřily aktivitou. Ze svého okolí pohlcovaly obrovské množství hmoty a přitom mimořádně jasně zářily. Malou část látky vyvrhovaly zpět do vesmíru v podobě extrémně mohutných výtrysků (jetů). V současném vesmíru je většina černých děr mnohem méně aktivní, než za svého mládí. Ale vzájemná interakce jetů a jejich okolí stále ovlivňuje vývoj galaxií.     

V nových studiích publikovaných v odborném časopise Astronomy & Astrophysics dva týmy astronomů využily teleskop ALMA ke zkoumání jetů vycházejících z černých děr ve dvou velmi odlišných případech: u nedaleké a relativně klidné černé díry v galaxii NGC 1433 a u velmi vzdáleného aktivního galaktického jádra PKS 1830-211.

„Pozorování pomocí radioteleskopu ALMA odhalila překvapivou spirální strukturu v oblaku molekulárního plynu nedaleko středu galaxie NGC 1433,“ říká Françoise Combes (Observatoire de Paris, Francie), hlavní autor prvního článku. „Ta objasňuje, jakým způsobem proudí hmota do chřtánu černé díry a dodává energii pro její aktivitu. Díky novým pozorováním radioteleskopem ALMA s vysokým rozlišením se nám podařilo objevit jet hmoty proudící od černé díry, který se táhne jen do vzdálenosti asi 150 světelných let. Jedná se o dosud nejmenší pozorovaný odtok molekulárního plynu u jiné galaxie.“

Objev odtoku hmoty, kterou s sebou strhává jet vycházející z centrální černé díry, ukazuje na způsob, jakým mohou jety zastavit vznik hvězd a regulovat růst centrálních výdutí galaxií [1].
 
Supermasivní černou díru s jetem pozoroval také tým, který vedl Ivan Martí-Vidal (Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Onsala, Švédsko). V tomto případě se však jednalo o mnohem aktivnější a jasnější exemplář ve vzdálené galaxii PKS 1830-211 [2]. Jedná se o neobvyklý případ, kdy světlo vzdálené aktivní galaxie na cestě k nám prochází skrze jinou hmotnou mezilehlou galaxii a je tak ovlivněno efektem gravitační čočky [3]. 
 
Černé díry čas od času najednou pohltí větší množství hmoty [4], která krátkodobě zvýší výkon jetu a tím dojde k emisi různých typů záření až po ty s vysokou energií. Nyní se pomocí radioteleskopu ALMA podařilo tento jev náhodně zachytit právě v galaxii  PKS 1830-211.

„Pozorování tohoto jevu pomocí ALMA bylo naprosto náhodné. Pozorovali jsme galaxii  PKS 1830-211 z jiného důvodu, když jsme si všimli, že mezi jednotlivými snímky gravitační čočky dochází k variacím v barvě a intenzitě. Pečlivou analýzou tohoto neočekávaného chování jsme dospěli k závěru, že jsme obrovskou náhodou pozorovali právě v okamžiku, kdy byla do ústí jetu v těsné blízkosti černé díry uvolněna nová hmota,“ říká Sebastien Muller, spoluautor druhého článku.
 
Členové týmu se rovněž pokusili zjistit, jestli se úkaz podařilo zaznamenat i prostřednictvím jiných přístrojů. Překvapivě nalezli velmi jasný signál v oblasti gama záření, a to díky rutinním přehlídkovým pozorováním prováděným kosmickým teleskopem pro rentgenovou oblast Fermi (Fermi Gamma-ray Space Telescope, NASA). Proces, který způsobil zvýšené vyzařování na dlouhých vlnových délkách sledovaných prostřednictvím ALMA, byl zodpovědný rovněž za zvýšení jasnosti jetu v celém spektru až po ty nejkratší možné vlnové délky [5].

“Je to poprvé, co se podařilo najít takto jasnou spojitost mezi zářením gama a sub-milimetrovými rádiovými vlnami při pozorování přírodního jevu v ukotvení jetu u černé díry,“ dodává Sebastien Muller. 

Tato dvojice publikovaných pozorování je pouhým začátkem výzkumu jetů u supermasivních černých děr, ať již blízkých či vzdálených. Françoise Combes a jeho tým již zkoumají další nedaleké galaxie pomocí ALMA a předpokládá se, že unikátní objekt PKS 1830-211 bude v budoucnu cílem podrobnějšího výzkumu pomocí ALMA i jiných teleskopů.

„Máme se pořád hodně co učit o tom, jak černé díry vytvářejí tyto mohutné jety hmoty a záření“, dodává Ivan Martí-Vidal. „Ale tyto nové výsledky, které byly získány ještě před dokončením teleskopu ALMA, ukazují, že se jedná o unikátní mocný nástroj pro výzkum jetů. Objevování právě začíná!“

Zdroj

Poznámky

[1] Tento proces, který bývá označován jako 'zpětná vazba', by mohl vysvětlit záhadný vztah mezi hmotou černé díry v jádře galaxie a hmotností okolní galaktické výduti. Tím, jak černá díra vtahuje plyn, stává se aktivnější, při tom vytváří jety, které naopak plyn z jejího okolí vypuzují, až dojde ke zpomalení hvězdotvorby.

[2] Galaxie PKS 1830-211 má rudý posuv 2,5, což znamená, že jejímu světlu trvalo asi 11 miliard let, než doletělo k nám. Světlo, které dnes vidíme, galaxii opustilo v době, kdy bylo stáří vesmíru jen 20 % současného věku. Pro srovnání světlo galaxie NGC 1433 putovalo vesmírem jen 30 milionů let, což je z kosmického pohledu poměrně krátká doba.

[3] Einsteinova obecná teorie relativity předpovídá, že světelné paprsky se odchylují od přímého směru při průchodu kolem hmotného objektu, například galaxie. Tomuto jevu se říká gravitační čočka a poprvé byla pozorována v roce 1979. Od té doby jich byla objevena celá řada. Gravitační čočka může vytvořit vícenásobné obrazy, případně způsobit zborcení a zvětšení obrazu objektů v pozadí.

[4] Hmota padající do černé díry může být hvězda nebo molekulární oblak. Podobný jev je v současnosti pozorován i v centru naší Galaxie (eso1151, eso1332).

[5] Energie je vyzářena v podobě paprsků gama, které mají nejkratší vlnovou délku a nejvyšší energii z celého elektromagnetického spektra.

Další informace

Mezinárodní astronomická observatoř ALMA je společným projektem Evropy, Severní Ameriky a východní Asie ve spolupráci s Chilskou republikou. ALMA je za Evropu financována ESO, za severní Ameriku NSF (National Science Foundation) ve spolupráci s NRC (National Research Council of Canada) a s NSC (National Science Council of Taiwan) a za východní Asii NINS (National Institutes of Natural Sciences) v Japonsku ve spolupráci s AS (Academia Sinica) na Taiwanu. Výstavba a provoz observatoře ALMA jsou ze strany Evropy řízeny ESO, ze Severní Ameriky NRAO (National Radio Astronomy Observatory), která je řízena AUI (Associated Universities, Inc.), a za východní Asii NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan). Spojená observatoř ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) poskytuje jednotné vedení a řízení stavby, plánování a provoz teleskopu ALMA.

Výsledky uvedených výzkumných projektů byly publikovány ve dvojici článků: “ALMA observations of feeding and feedback in nearby Seyfert galaxies: an AGN-driven outflow in NGC1433” autorů F. Combes a kol.; a “Probing the jet base of the blazar PKS 1830−211 from the chromatic variability of its lensed images: Serendipitous ALMA observations of a strong gamma-ray flare” autor; I. Martí-Vidal a kol.. Oba články byly publikovány v odborném časopise Astronomy & Astrophysics.

Sloření týmů:

F. Combes (Observatoire de Paris, Francie), S. García-Burillo (Observatorio de Madrid, Španělsko), V. Casasola (INAF–Istituto di Radioastronomia, Bologna, Itálie), L. Hunt (INAF–Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Florence, Itálie), M. Krips (IRAM, Saint Martin d’Hère, Francie), A. J. Baker (Rutgers, the State University of New Jersey, Piscataway, USA), F. Boone (CNRS, IRAP, Toulouse, Francie), A. Eckart (Universität zu Köln, Německo), I. Marquez (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Granada, Španělsko), R. Neri (IRAM), E. Schinnerer (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Německo) a L. J. Tacconi (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching bei München, Německo).

I. Martí-Vidal (Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Onsala, Švédsko), S. Muller (Onsala), F. Combes (Observatoire de Paris, Francie), S. Aalto (Onsala), A. Beelen (Institut d’Astrophysique Spatiale, Université Paris-Sud, Francie), J. Darling (University of Colorado, Boulder, USA), M. Guélin (IRAM, Saint Martin d’Hère, Francie; Ecole Normale Supérieure/LERMA, Paris, Francie), C. Henkel (Max-Planck-Institut für Radioastronomie [MPIfR], Bonn, Německo; King Abdulaziz University, Jeddah, Saudská Arábie), C. Horellou (Onsala), J. M. Marcaide (Universitat de València, Španělsko), S. Martín (ESO, Santiago, Chile), K. M. Menten (MPIfR), Dinh-V-Trung (Vietnam Academy of Science and Technology, Hanoi, Vietnam) a M. Zwaan (ESO, Garching, Německo).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy a v současnosti nejproduktivnější pozemní astronomická observatoř. ESO podporuje celkem 15 členských zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a úspěšný chod výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také vedoucí úlohu při podpoře a organizaci spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal provozuje Velmi velký teleskop (VLT), což je nejvyspělejší astronomická observatoř pro viditelnou oblast světla, a také dva další přehlídkové teleskopy. VISTA pracuje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým dalekohledem na světě, dalekohled VST (VLT Survey Telescope) je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy výhradně ve viditelné části spektra. ESO je evropským partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Pro viditelnou a blízkou infračervenou oblast ESO rovněž plánuje nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope) s primárním zrcadlem o průměru 39 metrů, který se stane „největším okem do vesmíru“.

Odkazy

• odborné články: Combes a kol. & Marti-Vidal a kol.
• video - z práce Marti-Vidal a kol., Onsala Space Observatory
• snímky teleskopu ALMA

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

Françoise Combes; Observatoire de Paris, LERMA; Paris, France; Tel.: +33 1 4051 2077; Email: francoise.combes@obspm.fr

Ivan Martí-Vidal; Chalmers University of Technology; Onsala Space Observatory, Onsala, Sweden; Tel.: +46 31 772 5557; Email: ivan.marti-vidal@chalmers.se

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

Toto je překlad tiskové zprávy ESO eso1344. ESON -- ESON (ESO Science Outreach Network) je skupina spolupracovníku z jednotlivých členských zemí ESO, jejichž úkolem je sloužit jako kontaktní osoby pro lokální média.