Nowe dowody z wyzwań obserwatorium Chandra X-ray Obserwatorium przeważających pomysłów na temat wzrostu czarnych dziur w centrach galaktyk. Astronomowie od dawna sądzili, że supermasywna czarna dziura i wybrzuszenie gwiazd w centrum galaktyki macierzystej rosną w tym samym tempie - im większe wybrzuszenie, tym większa czarna dziura. Jednak nowe badanie danych Chandra ujawniło dwie pobliskie galaktyki z supermasywnymi czarnymi dziurami, które rosną szybciej niż same galaktyki.
Masa gigantycznej czarnej dziury w centrum galaktyki zazwyczaj stanowi niewielki ułamek - około 0,2 procent - masy zawartej w wybrzuszeniu lub otaczającym ją obszarze gęsto upakowanych gwiazd. Cele najnowszego badania Chandra, galaktyki NGC 4342 i NGC 4291, mają czarne dziury 10 razy do 35 razy masywniejsze, niż powinny być porównywane z ich wybrzuszeniami. Nowe obserwacje z Chandrą pokazują, że aureole, czyli masywne otoczki ciemnej materii, w których przebywają te galaktyki, również mają nadwagę.
Badanie to sugeruje, że dwie supermasywne czarne dziury i ich ewolucja są związane z aureolami ciemnej materii i nie rosły w tandemie z wybrzuszeniami galaktycznymi. W tym widoku czarne dziury i halo ciemnej materii nie mają nadwagi, ale całkowita masa galaktyk jest zbyt niska.
„To daje nam więcej dowodów na związek między dwoma najbardziej tajemniczymi i najciemniejszymi zjawiskami w astrofizyce - czarnymi dziurami i ciemną materią - w tych galaktykach” - powiedział Akos Bogdan z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) w Cambridge, Massachusetts ., który prowadził nowe badanie.
NGC 4342 i NGC 4291 są kosmicznie blisko Ziemi w odległości 75 milionów i 85 milionów lat świetlnych. Astronomowie wiedzieli z poprzednich obserwacji, że w tych galaktykach znajdują się czarne dziury o stosunkowo dużych masach, ale nie są pewni, co jest odpowiedzialne za dysparytet. Jednak na podstawie nowych obserwacji Chandry są w stanie wykluczyć zjawisko zwane odpędzaniem pływów.
Zdejmowanie pływów następuje, gdy niektóre gwiazdy galaktyki zostają pozbawione grawitacji podczas bliskiego spotkania z inną galaktyką. Gdyby doszło do takiego odpływu pływów, aureole w większości by zniknęły. Ponieważ ciemna materia rozciąga się dalej od galaktyk, jest luźniej z nimi związana niż gwiazdy i jest bardziej prawdopodobne, że zostanie oderwana.
Aby wykluczyć zdejmowanie pływów, astronomowie wykorzystali Chandrę do poszukiwania dowodów na obecność gorącego gazu emitującego promieniowanie rentgenowskie wokół dwóch galaktyk. Ponieważ ciśnienie gorącego gazu - szacowane na podstawie zdjęć rentgenowskich - równoważy przyciąganie grawitacyjne całej materii w galaktyce, nowe dane Chandra mogą dostarczyć informacji o aureolach ciemnej materii. Stwierdzono, że gorący gaz jest szeroko rozprowadzany wokół NGC 4342 i NGC 4291, co sugeruje, że każda galaktyka ma niezwykle masywne halo ciemnej materii i że odpływ pływowy jest mało prawdopodobny.
„To najostrzejszy dowód, jaki mamy w pobliskim wszechświecie, że czarne dziury rosną szybciej niż ich galaktyka-gospodarz” - powiedział współautor Bill Forman, również z CfA. „Nie chodzi o to, że galaktyki zostały naruszone przez bliskie spotkania, ale zamiast tego miały jakiś zahamowany rozwój”.
W jaki sposób masa czarnej dziury może rosnąć szybciej niż masa gwiezdna galaktyki macierzystej? Autorzy badania sugerują, że duża koncentracja gazu wirującego powoli w centrum galaktyki jest tym, co czarna dziura zużywa bardzo wcześnie w swojej historii. Rośnie szybko, a wraz z jego wzrostem ilość gazu, którą może on akumulować lub połykać, rośnie wraz z wydajnością energii z akrecji. Gdy czarna dziura osiągnie masę krytyczną, wybuchy napędzane ciągłym zużyciem gazu zapobiegają ochłodzeniu i ograniczają produkcję nowych gwiazd.
„Możliwe, że supermasywna czarna dziura osiągnęła ogromny rozmiar, zanim w galaktyce pojawiło się wiele gwiazd” - powiedział Bogdan. „To znacząca zmiana w naszym sposobie myślenia o tym, jak galaktyki i czarne dziury ewoluują razem”.
Wyniki zostały zaprezentowane 11 czerwca na 220. spotkaniu American Astronomical Society w Anchorage na Alasce. Badanie zostało również zaakceptowane do publikacji w czasopiśmie The Astrophysical Journal.
