Το Chandra βρίσκει ότι η ανάπτυξη των γαλαξιών ρυθμίζεται από τις μεγάλες μαύρες τρύπες

Από σελίδα του Space.com, 22 Μαΐου 2003

Ακτίνες X ανιχνεύθηκαν από απέραντα νέφη σωματιδίων υψηλής ενέργειας γύρω από τους γαλαξίες 3C294 και 4C41.17, που είναι 10 και 12 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, αντίστοιχα. Τα ενεργητικά σωματίδια προέρχονται από εκρηκτικά γεγονότα του παρελθόντος, τα οποία μπορούν να επισημανθούν μέσω των ακτίνων X και πιδάκων ραδιοκυμάτων, στις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που βρίσκονται στα κέντρα των γαλαξιών. Η παρατήρηση έγινε με τη βοήθεια του παρατηρητηρίου Chandra των ακτίνων X της NASA.

"Αυτοί οι γαλαξίες αποκαλύπτουν μια ενεργητική φάση κατά την οποία μια πάρα πολύ ογκώδης μαύρη τρύπα μεταφέρει αξιοσημείωτη ενέργεια στο αέριο που περιβάλλει τους γαλαξίες. Αυτό το φαινόμενο εμφανίζεται να είναι κρίσιμο για την εξήγηση των αινιγματικών ιδιοτήτων των σημερινών γαλαξιών, ειδικά εκείνων που συγκεντρώνονται στα μεγάλα σμήνη", λέει ο Andrew Fabian, ένας καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, που θα δημοσιεύσει τα συμπεράσματά του για τον ένα γαλαξία, τον 3C294, στο περιοδικό της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας.

Η εικόνα που προκύπτει είναι ενός μεγάλου κοσμικού κύκλου. Μια πυκνή περιοχή διαγαλαξιακού αερίου ψύχεται για να σχηματίσει διάφορους μικρότερους γαλαξίες, οι οποίοι ακολούθως συγχωνεύονται  για να διαμορφώσουν έναν μεγαλύτερο γαλαξία με μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Ο γαλαξίας και η μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία συνεχίζουν να αυξάνονται έως ότου σταματήσει η ενέργεια, που παράγεται από τους πίδακες της περιοχής της 'αδηφάγου' μαύρης τρύπας, κατά την πτώση της ύλης στη μαύρη τρύπα.

Δηλαδή η αύξηση εμφανίζεται να σταματά, όταν η ενέργεια που δημιουργείται από τους πίδακες που υπάρχουν γύρω από τη μαύρη τρύπα, θερμαίνει το αέριο του γαλαξία έως ότου γίνει αρκετά ενεργητικό και έτσι να αποφύγει την απορρόφηση του από τη μαύρη τρύπα. Αυτή η διαδικασία φαίνεται να εμφανίζεται μόλις ένας γαλαξίας φθάσει να έχει μάζα περίπου 12 φορές της μάζας του Γαλαξία μας, αναφέρουν οι ερευνητές.

Μετά από εκατομμύρια χρόνια, αφότου υποχωρήσει η δραστηριότητα των πιδάκων, η ύλη θα επαναλάβει την πτώση της μέσα στη μαύρη τρύπα και ο κύκλος αρχίζει εκ νέου.

Οι εικόνες, που παρατηρούμε από το παρατηρητήριο των ακτίνων-Χ Chandra, των  δύο απόμακρων πολύ μεγάλων γαλαξιών δείχνουν ότι τυλίγονται από απέραντα νέφη σωματιδίων υψηλής ενέργειας, που είναι αποδείξεις για την εκρηκτική δραστηριότητα του παρελθόντος. Και στους δύο γαλαξίες οι πίδακες  ραδιοκυμάτων καθώς και ακτίνων X επιτρέπουν να επισημανθεί αυτή η δραστηριότητα πίσω στις κεντρικές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Οι πίδακες θερμαίνουν το αέριο έξω από τους γαλαξίες σε περιοχές εκατοντάδες χιλιάδες έτη φωτός μακριά.

Και οι δύο γαλαξίες 3C294 και 4C41.17 βρίσκονται σε περιοχές του διαστήματος που περιέχει κατ' ασυνήθιστο τρόπο υψηλούς αριθμούς γαλαξιών. Το αέριο και οι γαλαξίες που περιβάλλουν αυτούς τους γαλαξίες θα καταρρεύσουν τελικά για να σχηματίσουν τα σμήνη των γαλαξιών, μερικά από τα πιο ογκώδη αντικείμενα στο Σύμπαν. Καίτοι οι γαλαξίες 3C294 και 4C41.17 θα αυξηθούν σε πάρα πολύ μεγάλα μεγέθη, μέσω της συσσώρευσης της περιβάλλουσας ύλης που σχηματίζει εκατοντάδες δισεκατομμυρίων αστεριών, αυτή η αύξησή τους δεν είναι ανεξέλεγκτη.

"Είναι σαν η Φύση να προσπαθεί να επιβάλει ένα όριο βάρους στο μέγεθος των πιο μεγάλων γαλαξιών", εξηγεί ο Caleb Scharf, επικεφαλής συντάκτης της μελέτης για το γαλαξία 4C41.17 και καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Κολούμπια της Νέας Υόρκης.

"Οι παρατηρήσεις του Chandra μας δείχνουν ότι οι υψηλής ενέργειας πίδακες δίνουν στις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες τη δυνατότητα να ρυθμίσουν την ανάπτυξη αυτών των γαλαξιών ,"είπε. Η έρευνα του Scharf θα δημοσιευτεί στο περιοδικό Astrophysical Journal.

Αυτοί οι πίδακες με τα σωματίδια της υψηλής ενέργειας σαρώνουν νέφη σκόνης και αερίων και βοηθούν στο σχηματισμό δισεκατομμυρίων νέων αστεριών. Τα γεμάτα σκόνη, νέφη που σχηματίζουν τα άστρα στο 4C41.17, είναι η ισχυρότερη πηγή υπέρυθρης ακτινοβολίας που έχει παρατηρηθεί ποτέ, ενσωματώνονται σε ακόμα μεγαλύτερα νέφη του αερίου.

Οι ερευνητές βρήκαν ότι αυτά τα μεγαλύτερα νέφη έχουν μια θερμοκρασία περίπου 10.000 βαθμούς. Αλλά τα νέφη είναι το εναπομείναν υλικό από το σχηματισμό του γαλαξία και θα πρέπει να έχει ψυχθεί γρήγορα λόγω ακτινοβολίας ελλείψει μιας πηγής θερμότητας.

Τα αποτελέσματα του Chandra δείχνουν λοιπόν ότι τα υψηλής ενέργειας σωματίδια ή η ακτινοβολία μπορούν να παράσχουν την απαραίτητη ενέργεια για να φωτίσουν αυτά τα νέφη.

Οι περισσότερες ακτίνες X από τους γαλαξίες 4C41.17 και 3C294 προκαλούνται από τις συγκρούσεις των ενεργητικών ηλεκτρονίων με τα κοσμικά φωτόνια υποβάθρου από την εποχή των πρώτων ημερών του Σύμπαντος. Επειδή αυτοί οι γαλαξίες είναι μακριά, η παρατηρηθείσα ακτινοβολία τους δημιουργήθηκε όταν το Σύμπαν ήταν νεώτερος και φυσικά η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου ήταν εντονότερη. Αυτό το φαινόμενο ενισχύει την ακτινοβολία Χ και βοηθά τους αστρονόμους να μελετήσουν τους εξαιρετικά απόμακρους γαλαξίες.