Πίδακες από μαύρες τρύπες εμποδίζουν την γέννηση άστρων. Black hole jets can influence star formation in galaxies

Θερμαίνουν και διασκορπούν το μεσοαστρικό αέριο στους γαλαξίες μέσα στο οποίο δημιουργούνται νέα άστρα. Καλλιτεχνική απεικόνιση των ανέμων στον γαλαξία IC5063 που δημιουργούνται από τον πίδακα μιας μαύρης τρύπας. Ο πίδακας εμφανίζεται σαν μια κόκκινη δέσμη που διαπερνά τον γαλαξία. A new study conducted by a group of astrophysicists led by Dr K. Dasyra suggests that black hole jets can affect the star formation in galaxies by both dispersing and heating large amounts of gas over large areas. The result is based on observations of the nearby galaxy IC5063, collected with the Atacama Large Millimeter Array (ALMA) of the European Southern Observatory (ESO). Credit: National and Kapodistrian University of Athens

Ομάδα αστροφυσικών με επικεφαλής τη Δρ. Καλλιόπη Δασύρα του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών απέδειξε ότι μια μαύρη τρύπα μπορεί να επηρεάσει τη δημιουργία νέων άστρων στο γαλαξία της, θερμαίνοντας και διασκορπώντας μεγάλες ποσότητες αερίου σε μεγάλη έκταση.

Οι άνεμοι

This video shows what happens to the gas in a galaxy when the jet of a black hole propagates in it. The jet consists of charged particles (electrons/protons) that were caught in magnetic field lines as they were inflowing towards the black hole, and they were ejected outwards in the shape of a beam with high velocities. The beam is shown in red. The white, dense clouds form the disk of the galaxy.

Το αποτέλεσμα βασίστηκε σε δεδομένα που συνέλεξε η ερευνητική ομάδα για τον κοντινό γαλαξία IC5063 με τη μεγαλύτερη συστοιχία ραδιοτηλεσκοπίων στον κόσμο, το Atacama Large Millimeter Array (ALMA) του Νότιου Ευρωπαϊκού Παρατηρητηρίου (ESO).

Η μελέτη αυτή έγινε εν συνεχεία προηγούμενης ανακάλυψης πολλαπλών κι εκτεταμένων ανέμων στον ίδιο γαλαξία, οι οποίοι δημιουργούνται λόγω της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στο κέντρο του. Πριν από 160 εκατομμύρια χρόνια, φορτισμένα σωματίδια (ηλεκτρόνια, πρωτόνια) που εισέρεαν προς τη μαύρη τρύπα πιάστηκαν σε μαγνητικά πεδία κι εκτοξεύτηκαν προς τα έξω με μεγάλη ταχύτητα και σε μορφή δέσμης. Η δέσμη των σωματιδιών, γνωστή κι ως πίδακας, διήνυσε το γαλαξία για απόσταση μεγαλύτερη των τριών χιλιάδων ετών φωτός.

Πέρασε μέσα από ένα δίσκο αερίων νεφών, δημιουργώντας ισχυρούς ανέμους στα σημεία όπου συγκρούστηκε με νέφη. Οι άνεμοι αυτοί διήρκεσαν πάνω από μισό εκατομμύριο έτη. Η προηγούμενη ανακάλυψη βασίστηκε σε δεδομένα από το τηλεσκόπιο VLT επίσης του ESO.

Το αέριο

Left: A Hubble Space Telescope optical image of the ionized atomic gas in IC5063, including Hb and [OIII] emission related to the jet. Overlaid is the jet radio emission, displayed in blue (see Dasyra et al. 2015 and references therein). Right: Contours of the ionized gas [FeII] emission showing the winds in our line of sight. Contours of different colors correspond to winds with different starting points. In magenta, we mark the region where > 10% of the line emission comes from gas in the wind. Credit: National and Kapodistrian University of Athens

Μέσω των νέων παρατηρήσεων με το ALMA, οι επιστήμονες διερεύνησαν εάν το αέριο έχει διαφορετικές ιδιότητες στους ανέμους απ’ότι στα υπόλοιπα νέφη του γαλαξία. Για το σκοπό αυτό παρατήρησαν γραμμές εκπομπής μονοξειδίου του άνθρακα (CO), προερχόμενες από μόρια σε πυκνά μεσοαστρικά νέφη, όπου συχνά γεννιούνται νέα άστρα κι όπου οι θερμοκρασίες είναι κοντά στους 10 Κ. Οι επιστήμονες απέδειξαν ότι το μοριακό αέριο στο οποίο προσέκρουσε ο πίδακας της μαύρης τρύπας έχει θερμανθεί σημαντικά και βρίσκεται σε θερμοκρασίες 30-100Κ.

Η σημασία του αποτελέσματος έγκειται στο ότι δυσχεραίνεται η δημιουργία νέων άστρων που συνδέεται με τη βαρυτική κατάρρευση αυτού του αερίου: οι αυξημένες θερμικές του κινήσεις αποτρέπουν τη βαρυτική του κατάρρευση. Επιπλέον, η πρόσκρουση του πίδακα αφαιρεί αέριο από πυκνά νέφη και το διασκορπά σε αραιούς άνεμους. Η μάζα του αερίου στους ανέμους αντιστοιχεί σε τουλάχιστον 2 εκατομμύρια ηλιακές μάζες.

Εξαιτίας της ενέργειας που εναποθέτει ο πίδακας, το μοριακό αέριο στους ανέμους είναι πιο υψηλά διεγερμένο απ’ ότι στα υπόλοιπα νέφη. Το αποτέλεσμα αυτό είναι ενθαρρυντικό για μελλοντικές μελέτες στον κλάδο, αφού υποδεικνύει ότι η ανίχνευση ανέμων από μαύρες τρύπες σε μακρινούς γαλαξίες θα είναι πιο εύκολη απ’ότι νομίζαμε έως τώρα. Κατά συνέπεια, θα μπορέσουμε να εκτιμήσουμε το ρόλο των ανέμων από μαύρες τρύπες στο μέγεθος των παρατηρούμενων γαλαξιών σε κοσμολογικές κλίμακες. Η μελέτη δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση «Astronomy & Astrophysics».

Πηγή: K. M. Dasyra et al. ALMA reveals optically thin, highly excited CO gasin the jet-driven winds of the galaxy IC 5063, Astronomy & Astrophysics (2016). DOI: 10.1051/0004-6361/201629689, On Arxiv: https://arxiv.org/abs/1609.03421