Co probouzí superobří černé díry?

ESO 024/11 tisková zpráva

Ani v přehuštěném mladém vesmíru to nebyly kolize galaxií.

Nová studie založená na datech získaných dalekohledem ESO/VLT a rentgenovou družicovou observatoří XMM-Newton (ESA) přinesla překvapivé výsledky. Většina obrovských černých děr v jádrech galaxií nebyla za posledních 11 miliard let aktivována díky spojení galaxií, jak se dosud předpokládalo.

V srdci většiny velkých galaxií sídlí supermasivní černé díry o hmotnosti milionů a někdy i miliard Sluncí. V mnoha případech, včetně naší vlastní Galaxie, jsou však centrální černé díry v klidu. V některých galaxiích ale (především v raných fázích vývoje vesmíru [1]), tato monstra doslova požírají okolní materiál, který při pádu do jejich chřtánu intenzivně vyzařuje.  

Nevyřešenou záhadou je, odkud se bere materiál, jež spící černou díru aktivuje a zažehne mohutná vzplanutí v galaktickém centru, které se tak stane 'aktivním galaktickým jádrem'. Dosud se mnozí astronomové domnívali, že většina aktivních galaktických jader je důsledkem procesu spojení dvou galaxií, případně jejich vzájemného přiblížení. Hmota, o kterou se dvě galaxie přetahují, se může stát palivem pro černou díru. Nové poznatky však ukazují, že tato idea by pro mnohé aktivní galaxie nemusela platit.     
 
Viola Allevato (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik; Excellence Cluster Universe, Garching, Německo) spolu s mezinárodním týmem vědců sdružených v projektu COSMOS [2] detailně prostudovali více jak 600 aktivních galaxií v podrobně zkoumané oblasti oblohy označované jako 'COSMOS field' [3]. Ukázalo se, že extrémně jasná aktivní galaktická jádra se vyskytují velmi řídce, přesně jak vědci očekávali, a že hlavní část aktivních galaxií byla v posledních 11 miliardách let jen středně jasná. Vědci však narazili na jedno velké překvapení. Nová data totiž ukázala, že většina z těchto obvyklejších středně jasných aktivních galaktických jader nebyla 'zažehnuta' v důsledku splynutí galaxií [4]. Výsledky byly publikovány v odborném časopise Astrophysical Journal.  

Aktivní galaktické jádro se pozná podle toho, že vyzařuje v rentgenové oblasti. Záření vzniká v okolí centrální černé díry a může být detekováno družicemi na oběžné dráze kolem Země. Jednou z nich je i evropská družice XMM-Newton (ESA). Následně byly tyto galaxie sledovány také pomocí dalekohledu ESO/VLT, který měřil jejich vzdálenosti [5]. Kombinací těchto dat vznikla trojrozměrná mapa rozložení galaxií s aktivním jádrem.  

„Trvalo nám to více jak 5 let, ale vytvořili jsme jeden z největších a nejúplnějších katalogů rentgenově aktivních galaxií,“ říká Marcella Brusa, jedna z autorek uvedené studie.

Astronomové mohou tuto mapu použít ke zkoumání rozložení aktivních galaxií a porovnat ji s tím, co předpovídá teorie. Je zde také vidět, jak se rozložení těchto objektů měnilo s přibývajícím věkem vesmíru, a to za posledních 11 miliard let.

Týmu vědců se podařilo ukázat, že aktivní galaktická jádra se většinou vyskytují ve hmotných galaxiích se značným podílem temné hmoty [6]. To je však překvapivý výsledek, který ne úplně souhlasí s teorií. Pokud by většina aktivních jader byla důsledkem splynutí galaxií, dalo by se očekávat, že je nalezneme převážně ve středně hmotných galaxiích (s hmotností asi 1 000 miliard Sluncí). Tato nová pozorování ukázala, že aktivní jádra mají většinou galaxie 20krát hmotnější než předpovídá teorie slévání.

„Tyto výsledky nám poskytují nový pohled na to, jak supermasivní černé díry začínají svou hostinu,“ říká Viola Allevato, hlavní autorka nového článku. „Ukazují, že černé díry jsou krmeny díky procesům probíhajícím uvnitř samotné galaxie, jako jsou různé nestability v galaktickém disku nebo překotná tvorba hvězd, a nikoliv v důsledku kolizí mezi galaxiemi.“

„Dokonce i v dávné minulosti, před 11 miliardami let, se galaktické kolize podílely jen na malém procentu vzniku středně jasných aktivních galaxií. Tehdy byly galaxie k sobě blíže, čili se dá očekávat, že jejich slévání bylo také častější než dnes, takže uvedené výsledky jsou o to více překvapivé,“ uzavírá Alexis Finoguenov, vedoucí práce.

Zdroj

Poznámky

[1] Nejjasnější aktivní galaxie se ve vesmíru vyskytovaly nejhojněji, když byl 3 až 4 miliardy let starý; nejvíce těch méně jasných nacházíme ještě později, asi 9 miliard let po velkém třesku. 

[2] Studie je postavena na dvojici velkých evropských astronomických výzkumných programů:  jednak rentgenové přehlídce polí programu COSMOS pomocí družice XMM-Newton (vedoucím projektu je profesor Günther Hasinger) a za druhé programu ESO’s zCOSMOS, který vede profesor Simon Lilly. Oba programy jsou součástí iniciativy COSMOS, což je mezinárodní výzkumný program vybrané části oblohy pomocí kosmických dalekohledů HST (NASA/ESA), XMM-Newton (ESA), Chandra X-ray Space Telescope (NASA) a Spitzer Space Telescope (NASA) ve spolupráci s ESO/VLT a dalšími pozemními teleskopy.

[3] Pole COSMOS je plocha oblohy asi desetkrát větší než Měsíc v úplňku nacházející se v souhvězdí Sextantu. Oblast byla mapována řadou dalekohledů na různých vlnových délkách, takže ze získaných dat může těžit celá řada vědeckých studií.

[4] Práce, kterou loni publikoval tým NASA/ESA Hubble Space Telescope (heic1101), ukázala na vzorku blízkých galaxií, že neexistuje přímé spojení mezi aktivními jádry galaxií a jejich sléváním. Tato studie pracovala s galaxiemi do vzdálenosti 8 miliard světelných let. Nová práce tento výsledek plně potvrzuje pro objekty ještě o 3 miliardy světelných let vzdálenější, tedy do doby, kdy galaxie musely být ještě blíže při sobě. 

[5] Členové týmu použili spektrograf na dalekohledu ESO/VLT k rozdělení světla na jeho základní složky. Pečlivá analýza jim umožnila určit tzv. rudý posuv galaxií, tedy jak moc bylo jimi vyslané záření nataženo v důsledku rozpínání vesmíru od okamžiku emise, a tedy jak daleko se tyto galaxie nacházejí. Jelikož se světlo pohybuje konečnou rychlostí, říká nám informace o vzdálenosti také to, jak daleko do minulosti se díváme.
 
[6] Temná hmota je záhadná forma látky, která tvoří neviditelnou součást všech galaxií (ať už aktivních či nikoliv), a to včetně naší Galaxie. Autoři studie odhadli množství temné hmoty (a také celkovou hmotnost) pro každou galaxii na základě pozorovaného rozložení galaxií.

Další informace

Výzkum byl prezentován v odborném časopise Astrophysical Journal (červenec July 2011).

Složení týmu: V. Allevato (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik [IPP]; Excellence Cluster Universe, Garching, Německo), A. Finoguenov (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik [MPE], Garching, Německo a University of Maryland, Baltimore, USA), N. Cappelluti (INAF-Osservatorio Astronomico de Bologna [INAF-OA], Itálie a University of Maryland, Baltimore, USA), T.Miyaji (Universidad Nacional Autonoma de Mexico, Ensenada, Mexiko a University of California at San Diego, USA), G. Hasinger (IPP), M. Salvato (IPP, Excellence Cluster Universe, Garching, Německo), M. Brusa (MPE), R. Gilli (INAF-OA), G. Zamorani (INAF-OA), F. Shankar (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Německo), J. B. James (University of California at Berkeley, USA a University of Copenhagen, Dánsko), H. J. McCracken (Observatoire de Paris, Francie), A. Bongiorno (MPE), A. Merloni (Excellence Cluster Universe, Garching, Německo a MPE), J. A. Peacock (University of California at Berkeley, USA), J. Silverman (University of Tokyo, Japonsko) a A. Comastri (INAF-OA).

ESO (Evropská jižní observatoř) je hlavní mezinárodní astronomickou organizací Evropy a patří k nejproduktivnějším astronomickým observatořím světa. Je podporována 15 členskými státy, kterými jsou: Belgie, Brazílie, 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 astronomických zařízení, která umožní významné vědecké objevy. ESO také hraje přední roli při propagaci a organizaci mezinárodní spolupráce na poli astronomického výzkumu. ESO v současnosti provozuje tři observatoře světově úrovně: La Silla, Paranal a Chajnantor, které se nacházejí na poušti Atacama v Chile. Na Paranalu se nachází VLT (Very Large Telescope = Velmi velký dalekohled) – nejvyspělejší pozemní dalekohled pracující ve viditelném světle a VISTA, největší přehlídkový dalekohled pro infračervenou oblast na světě. Zároveň je ESO evropským zástupcem největšího astronomického projektu všech dob – teleskopu ALMA budovaného na planině Chajnantor. V současnosti ESO plánuje výstavbu Evropského extrémně velkého dalekohledu (E-ELT), který bude mít průměr primárního zrcadla 39,3 metrů. Měl by pracovat v infračerveném i viditelném oboru záření a stane se největším dalekohledem světa.

Odkazy

• Odborný článek
• Snímky dalekohledu VLT
• Odkaz na Tizkovou zprávu HST (heic1101)
• Zorné pole projektu COSMOS (Hubble release)

Kontakty

Dr Alexis Finoguenov; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik; Garching, Germany; Tel: +49 89 30000 3644; Email: alexis@mpe.mpg.de

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

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

Překlad: Jiří Srba
Národní kontakt: Viktor Votruba +420 267 103 040; votruba@physics.muni.cz

autor: Jiří Srba