Dwa potwory w jednej galaktyce. Jeden ucztuje, drugi głoduje
Supermasywne czarne dziury nie pochłaniają wszystkiego jak leci. Nowe obserwacje ALMA pokazują, że nawet wśród nadmiaru gazu mogą tylko podjadać.
Przyzwyczailiśmy się do obrazu czarnych dziur jako kosmicznych odkurzaczy, które pochłaniają dosłownie wszystko w ich zasięgu. Tymczasem najnowsze obserwacje z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array pokazują, że rzeczywistość jest znacznie bardziej złożona. Nawet supermasywne czarne dziury, ukryte w centrach zderzających się galaktyk, potrafią zachowywać się jak wybredni smakosze albo dziecko, które grymasi przy stole: mają pod dostatkiem gazu, ale często tylko niechętnie podjadają, zamiast urządzać wielką ucztę.
Kosmiczny szwedzki stół dla czarnych dziur
Gdy dwie masywne, bogate w gaz galaktyki zaczynają się ze sobą zderzać, grawitacja robi po swojemu porządki. Ogromne ilości zimnego gazu molekularnego, czyli materii, z której powstają zarówno gwiazdy, jak i paliwo dla czarnych dziur, są spychane w kierunku centrów obu układów. To właśnie tam czają się supermasywne czarne dziury, czyli obiekty o masach milionów lub nawet miliardów Słońc, ukryte w gęstym otoczeniu pyłu i gwiazd.
Zderzenia galaktyk to momenty, w których czarne dziury powinny rosnąć najszybciej – wpadająca na nie materia rozgrzewa się i zamienia jądra galaktyk w jasne, aktywne centra. Teoretycznie więc obie czarne dziury powinny rozbłysnąć jednocześnie, tymczasem obserwacje pokazują, że często aktywna jest tylko jedna z nich, a czasem nie widać wyraźnego rozbłysku żadnej z nich. To zaskakujące, bo takie zderzenia dostarczają mnóstwa paliwa, a jednak kosmiczna rzeczywistość okazuje się bardziej skomplikowana niż to przewidywały do tej pory modele.
ALMA zagląda prosto w środek kosmicznego bałaganu
Aby sprawdzić, co dzieje się w samym sercu tych zderzeń, międzynarodowy zespół astronomów sięgnął po możliwości ALMA, czyli sieci radioteleskopów ulokowanych wysoko na płaskowyżu Chajnantor w chilijskich Andach. Obserwatorium to jest niezwykle czułe na promieniowanie emitowane przez zimny gaz molekularny, dzięki czemu potrafi zobaczyć rozkład paliwa w centrach galaktyk z dokładnością, o której jeszcze kilka lat temu można było tylko marzyć.
Naukowcy zbadali aż 7 pobliskich zderzeń galaktyk, w których supermasywne czarne dziury dzieliło już tylko kilka tys. lat świetlnych. Dzięki obserwacjom ALMA udało się zajrzeć przez zasłony pyłu i odkryć ogromne nagromadzenia zimnego gazu wokół wielu z tych czarnych dziur, zwłaszcza tych bardziej masywnych. Potwierdza to, że zderzenia skutecznie dostarczają paliwo w okolice horyzontu zdarzeń, ale wciąż nie tłumaczy, dlaczego część czarnych dziur pozostaje milcząca, zamiast zamienić się w aktywne centra galaktyk.
Dużo gazu, mało apetytu. Dlaczego czarne dziury tylko podjadają?
Największe zaskoczenie przyszło wtedy, gdy badacze porównali ilość zgromadzonego gazu z faktyczną jasnością jąder galaktyk, czyli tempem, w jakim czarne dziury akurat się karmią. Intuicja podpowiadałaby prosty związek: im więcej paliwa tuż obok, tym silniejsza aktywność. Tymczasem wyniki pokazały coś zupełnie odwrotnego.
W wielu przypadkach czarne dziury otoczone najgęstszymi rezerwuarami gazu wcale nie świeciły najmocniej. Zamiast wielkiego kosmicznego ucztowania widać było raczej dziobanie materii. Tempo wzrostu okazywało się zaskakująco niskie, biorąc pod uwagę warunki. To sugeruje, że podczas zderzeń galaktyk wzrost supermasywnych czarnych dziur może być bardzo nieefektywny.
Zespół wskazuje, że istotny może tu być czas. Jeśli aktywność czarnych dziur jest bardzo zmienna i epizodyczna, to pojedyncza obserwacja może trafić albo na moment rozbłysku, albo na przerwę między kolejnymi posiłkami. Nawet jeśli gaz czeka tuż obok, potrzeba odpowiedniej kombinacji turbulencji, gęstości i warunków w otoczeniu, aby naprawdę został wciągnięty w kierunku centrum.
Gdy jedna czarna dziura ucztuje, druga tylko patrzy
Szczególnie interesująco zrobiło się wtedy, gdy astronomowie porównali zderzające się układy, w których aktywne były obie czarne dziury, z tymi, gdzie świeciło wyraźnie tylko jedno jądro. W części przypadków odpowiedź była dość prosta: jedna z czarnych dziur faktycznie wydawała się niemal odcięta od dopływu zimnego gazu. W jej sąsiedztwie ALMA nie widziała większych zasobów paliwa, więc brak apetytu nie był wielką niespodzianką.
W niektórych układach zderzających się galaktyk tylko jedna z czarnych dziur jest aktywna, mimo że druga również otoczona jest zimnym gazem. To pokazuje, że samo dostarczenie materii nie wystarcza. Czarne dziury mogą świecić epizodycznie, a między tymi fazami pozostawać milczące. Takie nieregularne karmienie, ukryte dodatkowo w gęstym pyle, wyjaśnia, dlaczego tak rzadko obserwujemy dwa rozbłyskujące jądra galaktyk jednocześnie. Uchwycenie obu w pełnej aktywności to kwestia szczęścia i idealnego momentu.
Przeczytaj także:
Wyniki zespołu pokazują, że zderzenia galaktyk, choć kluczowe dla długoterminowego wzrostu supermasywnych czarnych dziur, nie działają jak prosty przełącznik w stylu jest gaz – jest rozbłysk. W praktyce to skomplikowana gra między dostępnością paliwa, chaosem w jego otoczeniu i krótkimi epizodami intensywnego karmienia.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
Jest tego więcej
Ustaw Spider’s Web jako preferowane medium w Google
