Veľké čierne diery, ktoré sa nachádzajú v strede galaxií, môžu byť hladné zvieratá. Čo však núti tento plyn a prach v posledných niekoľkých svetelných rokoch preniknúť do čeľusti týchto supermasívnych čiernych dier?
Predpokladá sa, že fúzie medzi galaxiami narušujú plyn a prach v galaxii a tlačia látku do bezprostredného susedstva čiernej diery. To znamená, že až do nedávnej štúdie 140 galaxií, ktoré sú hostiteľmi aktívnych galaktických jadier (AGN) - čo je iný názov pre aktívne čierne diery v strede galaxií - sa preukázalo, že mnohé z galaxií, ktoré tieto AGN obsahujú, nevykazujú žiadne známky predchádzajúcich fúzií.
Štúdiu uskutočnil medzinárodný tím astronómov. Mauricio Cisternas z Inštitútu Maxa Plancka pre astronómiu a jeho tím použili údaje zo 140 galaxií, ktoré boli zobrazené pomocou röntgenovej observatória XMM-Newton. Galaxie, z ktorých odobrali vzorky, mali červený posun medzi z = 0,3 - 1, čo znamená, že sú vzdialené asi 4 až 8 miliárd svetelných rokov (a teda svetlo, ktoré z nich vidíme, je staré asi 4 až 8 miliárd rokov).
Nepozerali sa však iba na obrázky daných galaxií; mohlo by dôjsť k skresleniu smerom k klasifikácii tých galaxií, ktoré ukazujú, že aktívne jadrá, ktoré sa majú viac zdeformovať z fúzií. Vytvorili skôr „kontrolnú skupinu“ galaxií, pričom použili snímky neaktívnych galaxií z rovnakého červeného posunu ako hostiteľské galaxie AGN. Zobrali snímky z prieskumu Cosmic Evolution Survey (COSMOS), prieskumu veľkej oblasti oblohy vo viacerých vlnových dĺžkach svetla. Keďže tieto galaxie boli z rovnakého červeného posunu ako tie, ktoré chceli študovať, vykazujú rovnaké štádium v galaktickej evolúcii. Vo svojej porovnávacej vzorke mali spolu 1264 galaxií.
Spôsob, akým navrhli štúdiu, zahŕňal vedecký princíp, ktorý sa bežne nepoužíva v oblasti astronómie: slepá štúdia. Cisternas a jeho tím mali 9 porovnávacích galaxií - ktoré neobsahovali AGN - rovnakého červeného posunu pre každú zo 140 galaxií, ktoré vykazovali známky aktívneho jadra.
Ďalej urobili odstránenie akýchkoľvek známok jasného aktívneho jadra na obrázku. To znamená, že galaxie v ich vzorke 140 galaxií s AGN by boli v podstate javí dokonca aj na vycvičené oko ako galaxia bez zjavných príznakov AGN. Potom predložili kontrolné galaxie a zmenené snímky AGN desiatim rôznym astronómom a požiadali ich, aby ich všetky klasifikovali ako „skreslené“, „mierne skreslené“ alebo „nezkreslené“.
Pretože ich veľkosť vzorky bola celkom zvládnuteľná a skreslenie v mnohých galaxiách by bolo príliš jemné na to, aby ich počítač rozpoznal, ľudský mozog, ktorý hľadá vzor, bol ich nástrojom na analýzu obrazu. Môže to znieť povedome - niečo podobné sa deje s obrovským úspechom s ľuďmi, ktorí sú amatérskymi klasifikátormi galaxií v zoo Galaxy Zoo.
Keď sa galaxia zlúči s inou galaxiou, fúzia skreslí svoj tvar spôsobmi, ktoré je možné identifikovať - deformuje normálne hladkú eliptickú galaxiu z tvaru, a ak je galaxia špirálou, zdajú sa ruky trochu „neviazané“. Keby to bol prípad, že galaktické fúzie sú najpravdepodobnejšou príčinou AGN, potom by tie galaxie s aktívnym jadrom mali väčšiu pravdepodobnosť skreslenia po tejto minulej fúzii.
Tím prešiel týmto procesom oslepenia štúdie, aby odstránil akékoľvek zaujatosti, ktoré by tí, ktorí sa pozerajú na obrázky, mali klasifikovať AGN ako viac zdeformovanú. Dúfali, že tým, že majú primerane veľkú veľkosť vzorky galaxií a odstránia akékoľvek skreslenie pri analýze obrazov, definitívne ukážu, či existuje korelácia medzi AGN a fúziami.
Výsledok? Tieto galaxie s aktívnym galaktickým jadrom nevykazovali celkovo väčšie skreslenie ako galaxie v porovnávacej vzorke. Ako autori v článku uvádzajú, „Fúzie a interakcie zahŕňajúce hostiteľov AGN nie sú dominantné a vyskytujú sa častejšie ako v prípade neaktívnych galaxií.“
To znamená, že astronómovia nemôžu ukazovať na galaktické fúzie ako hlavný dôvod pre AGN. Štúdia ukázala, že najmenej 75% tvorby AGN - najmenej medzi poslednými 4 - 8 miliardami rokov - musí pochádzať z iných zdrojov ako z galaktických fúzií. Pravdepodobnými kandidátmi na tieto zdroje sú: „galaktické obťažovanie“, tie galaxie, ktoré sa nezrážajú, ale sú dosť blízko na to, aby sa navzájom gravitačne ovplyvnili; nestabilita stredovej tyče v galaxii; alebo zrážka obrovských molekulárnych mrakov v galaxii.
Vedieť, že AGN nie je spôsobená z veľkej časti galaktickými fúziami, pomôže astronómom lepšie pochopiť vznik a vývoj galaxií. Aktívne jadrá v galaxiách, ktoré ich hostia, výrazne ovplyvňujú galaktickú formáciu. Tento proces sa nazýva „spätná väzba AGN“ a mechanizmy a účinky, ktoré sú výsledkom súhry medzi prúdom energie vychádzajúcim z AGN a okolitým materiálom v strede galaxie, sú stále aktuálnou témou štúdia astronómie.
Fúzie vo vzdialenejších posledných 8 miliónoch rokov by mohli ešte korelovať s AGN - táto štúdia vylučuje iba určitú populáciu týchto galaxií - a to je otázka, ktorú tím plánuje prijať v ďalšom, čakajúcom sa na prieskumy prostredníctvom Hubbleovho vesmírneho teleskopu a vesmírny teleskop James Webb. Ich štúdia bude uverejnená v Astrophysical Journal z 10. januára a predtlačená verzia je k dispozícii na Arxiv.
Zdroj: HST, správa Maxa Plancka pre astronómiu, dokument Arxiv
