Supermasivní „sněhové pluhy“ s černými dírami mohou potlačit formování hvězd ve spirálních galaxiích

Podivné, kolísající trysky černé díry mohou tvarovat celé galaxie

Podle Jack Krywko upravil Lee Billings

Astronomové to vědí desítky let supermasivní černé díry číhají v srdcích v podstatě všech velkých galaxií, občas si pochutnávají na dopadajícím materiálu a vyrážet silné trysky. Ale méně jasné je, jak přesně tato činnost probíhá utváří jejich okolní galaxie.

Nyní vědci našli zásadní kousek této galaktické skládačky tím, že pozorovali supermasivní černou díru vystřelující kolísavý výtrysk v galaxii VV 340A, asi 450 milionů světelných let od Země. Jet funguje jako sněhový pluh v kosmickém měřítku, který odtlačuje plyn, který by jinak poháněl vznik nových hvězd. Výsledek byl oznámen na letošním zimním setkání Americké astronomické společnosti ve Phoenixu v Arizoně.

„Konvenčně existují dva způsoby proudění plynu řízené supermasivními černými dírami v galaxiích,“ říká Justin Kader, astrofyzik z Kalifornské univerzity v Irvine a první autor knihy související papír zveřejněno v Věda. V prvním takzvaném radiačním módu se kolem rychle se živící supermasivní černé díry tvoří do běla rozžhavený žhnoucí akreční disk dopadající hmoty, který zahřívá okolní plyn. Tento zahřátý plyn pak expanduje a vytlačuje chladnější plyn ven. „V těchto širokoúhlých dvoukuželových strukturách můžete vidět plyn proudící z galaxie,“ vysvětluje Kader.

O podpoře vědecké žurnalistiky

Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceňované žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a nápadech, které formují náš dnešní svět.

Ve druhém režimu řízeném tryskami vypouští černá díra ze svých pólů výtrysky částic a záření podobné ohnivým hadicím, které kineticky vytlačují okolní plyn daleko z galaxie. Tyto výtrysky se však obvykle přidávají k hvězdnému inventáři galaxie, protože tlačí a stlačují mračna plynu, která se pak gravitačně zhroutí a vyvrhnou další hvězdy.

Ve VV 340A však Kader a jeho kolegové našli výtrysky ze supermasivní černé díry, které dělají něco výrazně odlišného od obou těchto dvou módů.

VV 340A je spirální galaxie, která se spojuje s další, VV 340B, a tvoří systém souhrnně nazývaný VV 340. Na obloze se dvojice jeví jako nebeský vykřičník, přičemž disk VV 340B je orientován lícem k sobě jako „tečka“ na okraji vykřičníku a „30“ tvořící disk A’V. Pro Kadera a jeho kolegy byla tato orientace na okraj štěstím a umožnila jim snadněji prozkoumat vnitřní fungování VV 340A. To, co zjistili, že vystřeluje z centrální černé díry galaxie, nebyl standardní přímý výtrysk. Místo toho to byla záhadná struktura ve tvaru písmene S, která vyžadovala hlubší zkoumání, aby se zjistila její povaha.

Pomocí infračervených očí vesmírného teleskopu Jamese Webba mohl tým prorazit hustý prach zahalující střed VV 340A a objevit masivní mrak přehřáté, ionizované plazmy táhnoucí se téměř 20 000 světelných let – mnohem větší než jakýkoli jiný plazmový oblak generovaný černými dírami, jaký kdy viděl. Následná optická pozorování na observatoři Keck na Havaji potvrdila, že toto ionizované plazma nejenom nehybně sedělo, ale bylo hnáno ven obrovskou rychlostí. Konečně, rádiová pozorování VV 340A prostřednictvím dvou radioteleskopů, Karl G. Jansky Very Large Array a Atacama Large Millimeter Array, ukázala, že plazma bylo dokonale zarovnáno s výtryskem ve tvaru S vycházejícím z černé díry.

Kader a jeho spoluautoři se domnívají, že tento tvar S je charakteristickým znakem precese, stejné viklání, jaké vidíte u rotopedu, když se zpomaluje, nebo ve vodě chrlící z rotující hlavy postřikovače trávníku. Jak se černá díra otáčí, její výtrysk nesměřuje pouze jedním směrem – pohybuje se prostorem v kuželovitém pohybu a vytlačuje hvězdotvorný plyn z galaxie rychlostí přibližně 20 hmotností Slunce za rok. To je dost, odhadují výzkumníci, ke zkrácení životnosti hvězdotvorby VV 340A asi o 250 milionů let.

„Dvacet hmotností Slunce za rok není žádný velký problém,“ říká Andrew Fabian, britský astronom a bývalý ředitel Institutu astronomie na University of Cambridge, který se na studii nepodílel. „Ale precesní výtrysk jako hnací motor odtoku plynu je něco nového. Skutečně ukazuje, že může významně pohybovat hmotou ve spirální galaxii.“ Jednou z dosud nezodpovězených otázek pro Kadera a jeho kolegy je, co přesně způsobuje kývavý pohyb tryskáče.

„Tyto kolísavé výtrysky nejsou běžné, ale byly pozorovány již dříve, většinou v obřích eliptických galaxiích,“ říká Kader a poznamenává, že v současné době jsou považovány za dva hlavní faktory tohoto chování. Jedním z nich je nestabilita akrečního disku, při které velký shluk plynu padající směrem k černé díře tahá za disk materiálu, který ji obklopuje, což způsobuje jeho naklonění.

Další, pravděpodobně více vzrušující možností je, že ve středu VV 340A není jen jedna černá díra, ale dvě. Binární pár supermasivních černých děr obíhajících kolem sebe by mohl gravitačně rozvířit proud jako zahradní hadice. „Podle mých nejlepších znalostí nebyla binární supermasivní černá díra nikdy předtím přímo pozorována. Netvrdíme, že jsme pozorovali žeale je to jedna ze dvou možných možností,“ říká Kader.

Rádiová pozorování s vyšším rozlišením, spojená se studiemi využívajícími budoucí observatoře, jako je NASA Nancy Grace Roman Space Telescope, by mohla pomoci rozlišit mezi těmito dvěma možnostmi. Mezitím tým označil dalších 32 galaxií, které jsou podobné VV 340A k dalšímu zkoumání. „Chceme vidět interakci různých plynů v procesu slučování galaxií,“ říká spoluautorka studie Vivian U, rovněž z Kalifornské univerzity v Irvine. „Být schopen tomu porozumět by nám umožnil skutečně odpovědět na jednu z těch velkých otázek – porozumět hnacím motorům růstu galaxií.“

Je čas postavit se za vědu

Pokud se vám tento článek líbil, rád bych vás požádal o podporu. Scientific American sloužil jako obhájce vědy a průmyslu již 180 let a právě teď může nastat nejkritičtější okamžik v této dvousetleté historii.

Byl jsem a Scientific American předplatitel od mých 12 let a pomohlo mi to utvářet můj pohled na svět. SciAm vždy mě vzdělává a těší a vzbuzuje úctu k našemu obrovskému, krásnému vesmíru. Doufám, že to udělá i vám.

Pokud vy přihlásit se k odběru Scientific Americanpomáháte zajistit, aby se naše pokrytí soustředilo na smysluplný výzkum a objevy; že máme zdroje na podávání zpráv o rozhodnutích, která ohrožují laboratoře v USA; a že podporujeme začínající i pracující vědce v době, kdy hodnota samotné vědy příliš často zůstává nepoznaná.

Na oplátku získáte zásadní zprávy, strhující podcastyskvělá infografika, nepřehlédnutelné newsletteryvidea, která musíte vidět, náročné hrya nejlepší vědecké psaní a zpravodajství. Můžete dokonce darovat někomu předplatné.

Nikdy nebyl důležitější čas, abychom vstali a ukázali, proč na vědě záleží. Doufám, že nás v této misi podpoříte.