Supermasywna czarna dziura wpływa na formowanie się gwiazd
Europejski zespół astronomów pod kierownictwem profesora Kalliopi Dasyra z Narodowego i Kapodistriańskiego Uniwersytetu w Atenach, Grecja, przy współudziale dr Thomasa Bisbasa z Uniwersytetu w Kolonii wymodelował kilka linii emisyjnych w obserwacjach Atacama Large Millimeter Array (ALMA) i Very Large Telescope (VLT), aby zmierzyć ciśnienie gazu zarówno w obłokach uderzanych przez dżety, jak i w obłokach otaczających. Dzięki tym bezprecedensowym pomiarom, opublikowanym niedawno w Nature Astronomy, odkryli, że dżety znacząco zmieniają wewnętrzne i zewnętrzne ciśnienie obłoków molekularnych na swojej drodze. W zależności od tego, które z tych dwóch ciśnień zmienia się najbardziej, w tej samej galaktyce możliwa jest zarówno kompresja obłoków i uruchomienie formowania się gwiazd, jak i rozproszenie obłoków i opóźnienie formowania się gwiazd. „Nasze wyniki pokazują, że supermasywne czarne dziury, nawet jeśli znajdują się w centrach galaktyk, mogą wpływać na formowanie się gwiazd w sposób obejmujący całą galaktykę” – powiedział profesor Dasyra, dodając, że „badanie wpływu zmian ciśnienia na stabilność obłoków było kluczem do sukcesu tego projektu”. Gdy w wietrze faktycznie formuje się niewiele gwiazd, zwykle bardzo trudno jest wykryć ich sygnał na tle sygnału wszystkich innych gwiazd w galaktyce goszczącej wiatr.”
Uważa się, że supermasywne czarne dziury leżą w centrach większości galaktyk w naszym Wszechświecie. Kiedy cząstki, które infalowały na te czarne dziury zostają uwięzione przez pola magnetyczne, mogą zostać wyrzucone na zewnątrz i podróżować daleko wewnątrz galaktyk w postaci ogromnych i potężnych dżetów plazmy. Dżety te są często prostopadłe do dysków galaktycznych. Jednak w IC 5063, galaktyce odległej o 156 milionów lat świetlnych, dżety faktycznie rozchodzą się wewnątrz dysku, oddziałując z zimnymi i gęstymi obłokami gazu molekularnego. Zakłada się, że w wyniku tej interakcji może dojść do kompresji zderzonych z dżetami obłoków, co prowadzi do powstania niestabilności grawitacyjnych i ostatecznie do formowania się gwiazd w wyniku kondensacji gazu.
Do eksperymentu zespół wykorzystał emisję tlenku węgla (CO) i kationu formylu (HCO+) dostarczoną przez ALMA oraz emisję zjonizowanej siarki i zjonizowanego azotu dostarczoną przez VLT. Następnie użyli zaawansowanych i innowacyjnych algorytmów astrochemicznych, aby określić warunki środowiskowe w wypływie i otaczającym go ośrodku. Te warunki środowiskowe zawierają informacje o sile dalekiego promieniowania ultrafioletowego gwiazd, szybkości, z jaką relatywistyczne cząstki naładowane jonizują gaz, oraz energii mechanicznej zdeponowanej na gazie przez dżety. Zawężenie tych warunków ujawniło gęstości i temperatury gazu opisujące różne części tej galaktyki, które następnie zostały wykorzystane do podania ciśnień.
„Przeprowadziliśmy wiele tysięcy symulacji astrochemicznych, aby pokryć szeroki zakres możliwości, które mogą istnieć w IC 5063” powiedział współautor dr Thomas Bisbas, DFG Fellow z Uniwersytetu w Kolonii i były badacz postdoktorancki w Narodowym Obserwatorium w Atenach. Wymagającą częścią pracy było skrupulatne określenie jak największej ilości ograniczeń fizycznych na badany zakres, jaki może mieć każdy z parametrów. „W ten sposób mogliśmy uzyskać optymalną kombinację parametrów fizycznych obłoków w różnych miejscach galaktyki” – powiedział współautor p. Georgios Filippos Paraschos, doktorant w Max Planck Institute for Radio Astronomy w Bonn i były student studiów magisterskich na Narodowym i Kapodistriańskim Uniwersytecie w Atenach.
W rzeczywistości ciśnienia nie zostały zmierzone tylko dla kilku miejsc w IC 5063. Zamiast tego stworzono mapy tej i innych wielkości w centrum tej galaktyki. Mapy te pozwoliły autorom zwizualizować, jak właściwości gazu przechodzą z jednej lokalizacji do drugiej z powodu przejścia dżetu. Zespół oczekuje obecnie na kolejny duży krok tego projektu: wykorzystanie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba do dalszych badań ciśnienia w zewnętrznych warstwach chmury, sondowanych przez ciepłe H2. „Jesteśmy naprawdę podekscytowani otrzymaniem danych z JWST” – powiedział profesor Dasyra – „ponieważ umożliwią nam one zbadanie interakcji dżet-obłok w niebotycznej rozdzielczości”.
Źródło: University of Cologne
