Z komunikatu prasowego NASA:
Nowe badanie przeprowadzone przez NASA w Chandra X-ray Observatory mówi naukowcom, jak często największe czarne dziury były aktywne w ciągu ostatnich kilku miliardów lat. To odkrycie wyjaśnia, jak rosną supermasywne czarne dziury i może mieć wpływ na to, jak gigantyczna czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej będzie się zachowywać w przyszłości.
Uważa się, że większość galaktyk, w tym nasza, zawiera supermasywne czarne dziury w swoich centrach, o masach od milionów do miliardów razy większej niż masa Słońca. Z powodów nie do końca poznanych astronomowie odkryli, że te czarne dziury wykazują szeroki zakres poziomów aktywności: od uśpionych, po letargicznych po praktycznie hiper-hiper.
Najbardziej żywe supermasywne czarne dziury wytwarzają tak zwane „aktywne jądra galaktyczne” lub AGN, pobierając duże ilości gazu. Gaz ten jest podgrzewany, gdy wpada i świeci jasno w świetle rentgenowskim.
„Odkryliśmy, że tylko około jeden procent galaktyk o masach podobnych do Drogi Mlecznej zawiera supermasywne czarne dziury w najbardziej aktywnej fazie”, powiedział Daryl Haggard z University of Washington w Seattle w stanie Waszyngton i Northwestern University w Evanston w stanie Illinois , który prowadził badanie. „Próba ustalenia, ile czarnych dziur jest aktywnych w dowolnym momencie, jest ważna dla zrozumienia, w jaki sposób czarne dziury rosną w galaktykach i jaki wpływ na ich wzrost ma ich środowisko”.
Badanie to obejmuje badanie o nazwie Chandra Multiwavelength Project lub ChaMP, które obejmuje 30 stopni kwadratowych na niebie, największy jak dotąd obszar nieba spośród wszystkich badań Chandra. Łącząc zdjęcia rentgenowskie Chandry z obrazami optycznymi z Sloan Digital Sky Survey, przeanalizowano około 100 000 galaktyk. Spośród nich około 1600 było jasnych promieni rentgenowskich, sygnalizując możliwą aktywność AGN.
Tylko galaktyki znajdujące się w odległości do 1,6 miliarda lat świetlnych od Ziemi można znacząco porównać do Drogi Mlecznej, chociaż badano także galaktyki tak odległe, jak 6,3 miliarda lat świetlnych. Uwzględniono przede wszystkim galaktyki izolowane lub „polowe”, a nie galaktyki w gromadach lub grupach.
„Jest to pierwsze bezpośrednie określenie frakcji galaktyk polowych we wszechświecie lokalnym, które zawierają aktywne supermasywne czarne dziury” - powiedział współautor Paul Green z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge, MA. „Chcemy wiedzieć, jak często te gigantyczne czarne dziury wybuchają, ponieważ właśnie wtedy przechodzą gwałtowny wzrost”.
Kluczowym celem astronomów jest zrozumienie, w jaki sposób aktywność AGN wpłynęła na wzrost galaktyk. Uderzająca korelacja między masą gigantycznych czarnych dziur a masą centralnych regionów ich galaktyki gospodarza sugeruje, że wzrost supermasywnych czarnych dziur i ich galaktyk żywicielskich jest silnie powiązany. Określenie frakcji AGN we wszechświecie lokalnym jest kluczowe dla pomocy w modelowaniu tego równoległego wzrostu.
Jednym z wyników tego badania jest to, że frakcja galaktyk zawierających AGN zależy od masy galaktyki. Najbardziej masywne galaktyki najprawdopodobniej przyjmują AGN, podczas gdy galaktyki, które są tylko o około jedną dziesiątą tak masywne jak Droga Mleczna, mają około dziesięciokrotnie mniejsze szanse na umieszczenie AGN.
Innym rezultatem jest stopniowe zmniejszanie się frakcji AGN w czasie kosmicznym od Wielkiego Wybuchu, co potwierdza pracę wykonaną przez innych. Oznacza to, że albo zasilanie paliwem, albo mechanizm zasilania czarnych dziur zmienia się z czasem.
Badanie ma również ważne implikacje dla zrozumienia, w jaki sposób sąsiedztwo galaktyk wpływa na wzrost ich czarnych dziur, ponieważ frakcja AGN dla galaktyk polowych okazała się nie do odróżnienia od tej dla galaktyk w gęstych gromadach.
„Wygląda na to, że naprawdę aktywne czarne dziury są rzadkie, ale nie aspołeczne”, powiedział Haggard. „Dla niektórych było to zaskoczeniem, ale może dostarczyć ważnych wskazówek na temat wpływu środowiska na wzrost czarnych dziur”.
Możliwe, że frakcja AGN ewoluowała wraz z czasem kosmicznym zarówno w klastrach, jak i w terenie, ale w różnym tempie. Gdyby frakcja AGN w gromadach zaczynała się wyżej niż dla galaktyk polowych - jak sugerują niektóre wyniki - ale następnie zmniejszała się szybciej, w pewnym momencie ułamek gromady byłby mniej więcej równy frakcji pola. To może wyjaśniać to, co jest widziane we wszechświecie lokalnym.
Droga Mleczna zawiera supermasywną czarną dziurę znaną jako Strzelec A * (w skrócie Sgr A *). Chociaż astronomowie byli świadkami pewnej aktywności Sgr A * przy użyciu Chandry i innych teleskopów na przestrzeni lat, był on na bardzo niskim poziomie. Jeśli Droga Mleczna podąża za trendami zaobserwowanymi w badaniu ChaMP, Sgr A * powinien być około miliard razy jaśniejszy w promieniach rentgenowskich przez około 1% pozostałego czasu życia Słońca. Takie działania prawdopodobnie były znacznie częstsze w odległej przeszłości.
Gdyby Sgr A * stał się AGN, nie byłoby zagrożeniem dla życia tutaj na Ziemi, ale dałoby spektakularny program w zakresie długości fal radiowych i rentgenowskich. Jednak wszelkie planety znajdujące się znacznie bliżej centrum Galaktyki lub bezpośrednio na linii ognia otrzymałyby duże i potencjalnie szkodliwe ilości promieniowania.
Wyniki te zostały opublikowane w numerze Astrophysical Journal z 10 listopada. Inni współautorzy tego artykułu to Scott Anderson z University of Washington, Anca Constantin z James Madison University, Tom Aldcroft i Dong-Woo Kim z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Wayne Barkhouse z University of North Dakota.
