Źródło: NASA, Virginia Tech, fot. NASA
Astronomowie odkryli, że niezwykle silne promieniowanie emitowane przez kwazar, a konkretnie przez czarną dziurę w jego jądrze, może przypominać tsunami. Promieniowanie to odpycha materię z prędkością zbliżoną do kilku procent prędkości światła, siejąc spustoszenie w otaczającej przestrzeni.
Okazuje się, że tsunami może także zdarzać się w kosmosie. Korzystając z możliwości Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, zespół astronomów odkrył najbardziej energetyczne odpływy materii, jakie kiedykolwiek zaobserwowano. Emanują z kwazarów i suną w przestrzeni międzygwiezdnej jak tsunami, siejąc spustoszenie w otaczającej je przestrzeni.
Odkrycia grupy naukowców zostały opublikowane w sześciu artykułach naukowych na łamach pisma „The Astrophysical Journal Supplement Series”.
Kosmiczne Tsunami
Kwazary są najjaśniejszymi obiektami we Wszechświecie, wyrzucając ogromne ilości promieniowania w przestrzeń kosmiczną, gdy supermasywne czarne dziury w ich centrach gwałtownie pożerają materie z dysku akrecyjnego. Opadająca na czarną dziurę materia może być nawet 1000 razy jaśniejsza niż galaktyka macierzysta, która zawiera przecież setki miliardów gwiazd.
Gdy czarna dziura pochłania materię, otaczający ją gorący gaz emituje intensywne promieniowanie, widoczne jako kwazar. Wiatry, napędzane przez ogromne ciśnienie promieniowania z okolic czarnej dziury, odpychają materie od centrum galaktyki. Odpływy te przyspieszają do zapierających dech w piersiach prędkości, które stanowią kilka procent prędkości światła. Co więcej, gdy materia te sunie przez przestrzeń swoich macierzystych galaktykach, zapobiega powstawaniu nowych gwiazd.
- Te odpływy materii są kluczowe dla zrozumienia formowania się galaktyk - powiedział Nahuma Arava z Virginia Tech, główny autor jednej z publikacji. - Żadne inne zjawisko nie przenosi więcej energii mechanicznej. W ciągu 10 milionów lat odpływy te wytwarzają milion razy więcej energii niż rozbłysk promieniowania gamma. Każdego roku wypychają materią o masie setek mas Słońca. Ilość energii mechanicznej, jaką niosą, jest nawet kilkaset razy większa niż jasność całej galaktyki Drogi Mlecznej – dodał.
Zatrzymanie procesów gwiazdotwórczych
Emisje z kwazara rozprzestrzeniają się po dysku galaktyki zabierając ze sobą materie, z której mogłyby utworzyć się nowe gwiazdy. Promieniowanie popycha gaz i pył na znacznie większe odległości, niż wcześniej sądzili naukowcy. To typ zdarzenia obejmujący całą galaktykę.
Gdy to kosmiczne tsunami uderza w materię międzygwiezdną, jej temperatura wzrasta do miliardów stopni, co powoduje, że zaczyna świecić, na początku głównie w zakresie rentgenowskim, ale potem także pozostałych częściach spektrum światła.
Świadek takiego wydarzenia zobaczyłby fantastyczny pokaz fajerwerków. - Najpierw pojawiłoby się promieniowanie rentgenowskie i gamma, a następnie światło widzialne i podczerwone. To byłby prawdziwy spektakl świetlny, jak choinka wielkości galaktyki - powiedział Arav.
Międzygwiezdne tsunami odsłania sekrety galaktyk
Uczeni sądzą, że okres takiej aktywności kwazarów charakteryzuje wczesny Wszechświat i mógł trwać nawet kilka miliardów lat, zanim czarna dziura w centrum wyszalała się i osiągnęła dorosłość, w międzyczasie pochłaniając lub wyrzucając w daleką przestrzeń całą pobliską materię.
Symulacje numeryczne ewolucji galaktyki sugerują, że takie odpływy materii mogą wyjaśnić niektóre ważne zagadki kosmologiczne, jak chociażby dlaczego astronomowie obserwują tak mało dużych galaktyk we Wszechświecie i dlaczego istnieje związek między masą galaktyki a masą jej centralnej czarnej dziury.
- Zarówno teoretycy, jak i obserwatorzy od dziesięcioleci wiedzą, że istnieje pewien proces fizyczny, który wyłącza formowanie się gwiazd w masywnych galaktykach, ale natura tego procesu była dotychczas tajemnicą. Umieszczenie obserwowanych wypływów w naszych symulacjach rozwiązuje te wyjątkowe problemy w ewolucji galaktycznej - wyjaśnił Jeremiah P. Ostriker z Columbia University w Nowym Jorku i Princeton University w New Jersey.
Kwazar rekordzista
Zespół naukowców, korzystając z teleskopu Hubble'a, zbadał 13 znanych kwazarów. Uczeni zmierzyli prędkość przyspieszanego przez emisje z kwazara gazu dzięki danym w zakresie ultrafioletu. Na podstawie tych danych udało im się zmierzyć trzy najbardziej energetyczne wypływy, jakie do tej pory zaobserwowano, znajdujące się w galaktykach SDSS J1042 + 1646, SDSS J0755 + 2306 i 2MASS J1051 + 1247. Wszystkie trzy były wystarczająco silne, aby stłumić procesy gwiazdotwórcze.
Wśród nich rekordowy był SDSS J1042 + 1646, wykazując najszybciej przyspieszający odpływ. W okresie trzech lat przyspieszył z 70 milionów kilometrów na godzinę do 74 milionów kilometrów na godzinę. Naukowcy są przekonani, że to przyspieszenie będzie z czasem rosło.
- Obserwacje w ultrafiolecie Hubble'a pozwalają nam śledzić cały zakres energii wytwarzanej przez kwazary, od chłodniejszego do bardzo gorącego, wysoko zjonizowanego gazu – powiedział Gerard Kriss z Space Telescope Science Institute w Baltimore.
- Były one wcześniej widoczne tylko przy znacznie trudniejszych obserwacjach rentgenowskich. Takie potężne odpływy mogą dać nowy wgląd w związek między wzrostem centralnej supermasywnej czarnej dziury a rozwojem całej galaktyki macierzystej – dodał.
