Gdy czarna dziura śpi, masowo rodzą się gwiazdy

4 sierpnia 2020, 06:11 | Astronomia/fizyka

Dzięki obserwacji gromady galaktyk SpARCS104922.6+564032.5 naukowcy dowiedzieli się, co się dzieje, gdy gigantyczna czarna dziura nie ma wpływu na galaktyki. Badania wykazały, że pasywnością czarnej dziury można wyjaśnić olbrzymie tempo formowania się gwiazd w gromadzie galaktyk.

Gromady mogą składać się z setek lub tysięcy galaktyk. Są one pełne gorącego gazu, którego masa jest większa od masy samych galaktyk. Obecność supermasywnej czarnej dziury w centralnej galaktyce gromady zwykle powoduje, że podgrzany jej obecnością gaz nie ostyga na tyle, by tworzyć wielką liczbę gwiazd. W ten sposób czarne dziury wpływają i kontrolują aktywność oraz ewolucję ich macierzystych gromad galaktyk.

Gromada SpARCS1049 znajduje się w odległości niemal 10 miliardów lat świetlnych od Ziemi. Dała ona astronom odpowiedź na pytanie, co się dzieje, gdy czarna dziura w gromadzie jest nieaktywna.

Przeprowadzone badania wykazały właśnie, że w SpARCS1049 tempo formowania się gwiazd wynosi 900 mas Słońca rocznie. To ponad 300-krotnie szybciej niż tempo formowania się gwiazd w Drodze Mlecznej. Myszy harcują, gdy kota nie ma w domu, skomentowała główna autorka badań, Julie Hlavacek-Larrondo w Uniwersytetu w Montrealu. Tutejszy kot, czarna dziura, jest bardzo spokojny, a myszy – czyli gwiazdy – są niezwykle zapracowane.

W większej części klastra temperatura gazu wynosi około 65 milionów stopni. Jednak w miejscu gwałtownego formowania się gwiazd gaz jest bardziej gęsty, a jego temperatura to zaledwie 10 milionów stopni. Obecność tego chłodniejszego gazu wskazuje, że istnieją jeszcze nie wykryte rezerwuary gazu o jeszcze niższej temperaturze, gdzie formuje się jeszcze więcej gwiazd. Bez czarnej dziury pompującej energię w otoczenie, gaz może ostygnąć na tyle, że dochodzi do gwałtownego formowania się gwiazd. Takie nieaktywne czarne dziury mogły odgrywać kluczową rolę we wczesnym wszechświecie, wyjaśnia współautor badań Carter Rhea z University of Montreal.

Badacze nie zaobserwowali ani dżetu czarnej dziury, ani nie zauważyli promieniowania w zakresie X, które powstałoby, gdyby czarna dziura wchłaniała otaczającą ją materię. Dlatego też uznali, że czarna dziura jest nieaktywna.

Wielu astronomów uważało, że bez obecności czarnych dziur tempo formowania się gwiazd wymknęłoby się spod kontroli, mówi odkrywca Tracy Webb z McGill University, która odkryła gromadę SpARCS1049 w 2015 roku. Teraz mamy dowód obserwacyjny, że tak naprawdę się dzieje.

Dlaczego zaś czarna dziura w SpARCS1049 jest nieaktywna? Może to wyjaśniać pozycja najgęstszego gazu względem centrum gromady. Prawdopodobnie czarna dziura utraciła źródło zasilania. W jej pobliżu nie ma już materii, którą mogłaby wchłonąć, przez co jej obecność nie powoduje ciągłego podgrzewania gazu. Przyczyną takiego a nie innego położenia najgęstszego gazu względem centrum gromady może być np. zderzenie dwóch mniejszych gromad galaktyk. W jego wyniku powstała SpARCS1049, ale jednocześnie kolizja odsunęła gaz od galaktyki centralnej.

Ze szczegółami badań można zapoznać się w artykule Evidence of runaway gas cooling in the absence of supermassive black hole feedback at the epoch of cluster formation.