Duże czarne dziury znajdujące się w centrum galaktyk mogą być głodnymi bestiami. Ale co zmusza ten gaz i pył z ostatnich kilku lat świetlnych do paszczy tych supermasywnych czarnych dziur?
Teoretycznie fuzje między galaktykami zaburzają gaz i pył w galaktyce i zmuszają materię do bezpośredniego sąsiedztwa czarnej dziury. To znaczy, do czasu ostatnich badań 140 galaktyk, w których znajdują się aktywne jądra galaktyczne (AGN) - inna nazwa aktywnych czarnych dziur w centrum galaktyk - dostarczyło mocnych dowodów na to, że wiele galaktyk zawierających te AGN nie wykazuje oznak przeszłych połączeń.
Badanie zostało przeprowadzone przez międzynarodowy zespół astronomów. Mauricio Cisternas z Instytutu Astronomii im. Maxa Plancka i jego zespół wykorzystali dane z 140 galaktyk, które zostały sfotografowane przez obserwatorium rentgenowskie XMM-Newton. Galaktyki, które pobrali, miały przesunięcie ku czerwieni między z = 0,3 - 1, co oznacza, że znajdują się w odległości około 4 do 8 miliardów lat świetlnych stąd (a zatem światło, które widzimy z nich ma około 4-8 miliardów lat).
Jednak nie tylko patrzyli na obrazy omawianych galaktyk; wkrada się tendencja do klasyfikowania tych galaktyk, w których aktywne jądra są bardziej zniekształcone od fuzji. Zamiast tego stworzyli „grupę kontrolną” galaktyk, wykorzystując obrazy nieaktywnych galaktyk z tego samego przesunięcia ku czerwieni co galaktyki gospodarza AGN. Pobrali zdjęcia z Cosmic Evolution Survey (COSMOS), badania dużego regionu nieba o różnych długościach fal świetlnych. Ponieważ galaktyki te miały przesunięcie ku czerwieni jak te, które chcieli badać, wykazują ten sam etap ewolucji galaktycznej. W sumie mieli próbkę porównawczą 1264 galaktyki.
Sposób, w jaki zaprojektowali badanie, obejmował zasadę nauki, która zwykle nie jest wykorzystywana w dziedzinie astronomii: badanie ślepe. Cisternas i jego zespół mieli 9 galaktyk porównawczych - które nie zawierały AGN - o takim samym przesunięciu ku czerwieni dla każdej z ich 140 galaktyk, które wykazywały oznaki posiadania aktywnego jądra.
Następnie zrobili to, by usunąć wszelkie ślady jasnego aktywnego jądra z obrazu. Oznacza to, że galaktyki w swojej próbie 140 galaktyk z AGN byłyby zasadniczo zjawić się nawet wytrenowanemu oku jako galaktyce bez charakterystycznych znaków AGN. Następnie przekazali galaktyki kontrolne i zmienione obrazy AGN dziesięciu różnym astronomom i poprosili ich o sklasyfikowanie ich jako „zniekształconych”, „umiarkowanie zniekształconych” lub „niezniekształconych”.
Ponieważ ich wielkość próbki była dość łatwa do opanowania, a zniekształcenie wielu galaktyk byłoby zbyt subtelne, aby komputer mógł je rozpoznać, mózg ludzki poszukujący wzorów był ich ulubionym narzędziem analizy obrazu. To może brzmieć znajomo - coś podobnego robi się z ogromnym sukcesem z ludźmi, którzy są amatorskimi klasyfikatorami galaktyk w Galaxy Zoo.
Kiedy galaktyka łączy się z inną galaktyką, połączenie zniekształca swój kształt w sposób, który można zidentyfikować - wypaczy normalnie gładką galaktykę eliptyczną z kształtu, a jeśli galaktyka jest spiralą, ramiona wydają się nieco „rozwinięte”. Gdyby tak się stało, że połączenia galaktyczne są najbardziej prawdopodobną przyczyną AGN, wówczas galaktyki z aktywnym jądrem byłyby bardziej prawdopodobne, by wykazywały zniekształcenie z tego przeszłego połączenia.
Zespół przeszedł przez ten proces oślepiania badań, aby wyeliminować wszelkie uprzedzenia, które osoby spoglądające na obrazy miałyby na celu zaklasyfikowanie AGN jako bardziej zniekształconej. Zarówno mając dość dużą próbkę galaktyk, jak i usuwając jakiekolwiek odchylenie podczas analizy obrazów, mieli nadzieję, że ostatecznie pokażą, czy istnieje korelacja między AGN a fuzjami.
Wynik? Te galaktyki z aktywnym jądrem galaktycznym nie wykazały w ogóle większych zniekształceń niż galaktyki w próbce porównawczej. Jak stwierdzili autorzy w artykule, „Fuzje i interakcje z udziałem gospodarzy AGN nie są dominujące i występują nie częściej niż w przypadku nieaktywnych galaktyk”.
Oznacza to, że astronomowie nie mogą wskazywać na fuzje galaktyczne jako główny powód AGN. Badanie wykazało, że co najmniej 75% tworzenia AGN - przynajmniej w ciągu ostatnich 4-8 miliardów lat - musi pochodzić ze źródeł innych niż fuzje galaktyczne. Prawdopodobni kandydaci do tych źródeł to: „prześladowanie galaktyczne”, galaktyki, które nie zderzają się, ale zbliżają się na tyle blisko, by oddziaływać grawitacyjnie na siebie; niestabilność środkowego paska w galaktyce; lub zderzenie gigantycznych chmur molekularnych w galaktyce.
Wiedza, że AGN nie jest w dużej mierze spowodowana połączeniami galaktycznymi, pomoże astronomom lepiej zrozumieć powstawanie i ewolucję galaktyk. Aktywne jądra w galaktykach, które je przyjmują, mają ogromny wpływ na tworzenie galaktyki. Proces ten nazywa się „sprzężeniem zwrotnym AGN”, a mechanizmy i efekty wynikające z wzajemnego oddziaływania energii wypływającej z AGN i otaczającego materiału w centrum galaktyki są wciąż gorącym tematem badań w astronomii.
Fuzje w odległej przeszłości niż 8 miliardów lat mogą jeszcze korelować z AGN - to badanie wyklucza tylko pewną populację tych galaktyk - i to jest pytanie, które zespół planuje podjąć w następnej, oczekującej ankiecie przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a i Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Ich badanie zostanie opublikowane w czasopiśmie Astrophysical Journal z 10 stycznia, a wersja przeznaczona do wydruku jest dostępna na Arxivie.
Źródło: HST, Max Planck Institute for Astronomy, artykuł Arxiv
