Aktywne czarne dziury mogą współkształtować narodziny gwiazd

Aktywnie „karmiące się” supermasywne czarne dziury nie muszą być wyłącznie mechanizmem hamującym narodziny gwiazd w galaktykach. W badaniu dziewięciu pobliskich galaktyk Seyferta naukowcy dostrzegli powtarzalny układ: pierścienie lub łuki, w których powstają gwiazdy, stożki gazu jonizowanego przez aktywne jądro galaktyki oraz szybkie fale uderzeniowe blisko centrum. Obserwacje wskazują, że aktywność czarnej dziury i formowanie gwiazd mogą być ze sobą ściśle splecione. 12

Co zaobserwowano

W każdej z analizowanych galaktyk występowały pierścienie bądź łuki gwiazdotwórcze, położone w odległości projekcyjnej około 0,8–6 kiloparseków od centrum. Zespół wykrył też rozciągające się na skalę kiloparseków, stożkowate — często dwustożkowe — obszary gazu zjonizowanego przez aktywne jądro galaktyki (AGN), a w centrum rejony zdominowane przez szybkie fale uderzeniowe. Obszary, w których dominowały same wstrząsy, otaczały centralne fale uderzeniowe i miejscami pojawiały się również wewnątrz pierścieni gwiazdotwórczych. 2

AGN to jasny obszar w centrum galaktyki, zasilany przez materię opadającą ku supermasywnej czarnej dziurze. Promieniowanie, wiatr lub dżety związane z AGN mogą przekazywać energię otaczającemu gazowi. Nowe mapy sugerują, że proces ten zachodzi nie gdzieś obok obszarów gwiazdotwórczych, lecz wśród struktur gazowych, w których rodzą się nowe gwiazdy. 12

Jak rozdzielono sygnały gwiazd, AGN i wstrząsów

Kluczowym problemem jest to, że gaz pobudzany przez młode gwiazdy, promieniowanie AGN i fale uderzeniowe może dawać nakładające się sygnały w optycznych liniach emisyjnych. Badacze przeanalizowali więc obserwacje przestrzennie rozdzielcze wykonane instrumentem MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) na należącym do Europejskiego Obserwatorium Południowego Bardzo Dużym Teleskopie VLT. Następnie zastosowali teoretyczną, trójwymiarową metodę diagnostyczną, która pozwala oddzielić trzy źródła wzbudzenia gazu. 14

Dzięki temu można było sporządzić mapy pokazujące, gdzie dominuje każdy z procesów, zamiast traktować emisję z centrum galaktyki jako jeden zmieszany sygnał. Głębokie obserwacje rentgenowskie wykonane przez obserwatorium Chandra niezależnie wsparły interpretację centralnych struktur związanych z AGN. 12

Dlaczego ważny jest kierunek fal uderzeniowych

Centralne obszary szybkich fal uderzeniowych często rozciągały się prostopadle do dwustożków jonizacji AGN. Ta powtarzająca się geometria jest istotna: odpowiada scenariuszowi, w którym energia napędzana przez AGN oddziałuje z otaczającym ośrodkiem międzygwiazdowym, a nie przypadkowemu nałożeniu się niezwiązanych struktur wzdłuż linii widzenia. 2

Autorzy uznają ten wzorzec za zgodny przede wszystkim z oddziaływaniem dżetów i ośrodka międzygwiazdowego. Tam, gdzie dżety są słabe, znaczenie mogą mieć także interakcje między wiatrem z AGN a gazem. W obu przypadkach wstrząsy mogą zakłócać i ściskać gaz, zmieniając warunki, w których mogą powstawać gwiazdy. 1

Nie tylko hamowanie formowania gwiazd

Uproszczony obraz sprzężenia zwrotnego AGN zakłada, że aktywna czarna dziura przede wszystkim tłumi formowanie gwiazd: ogrzewa gaz albo usuwa go z galaktyki. Badanie nie obala tego mechanizmu ani nie dowodzi, że AGN zawsze wywołuje narodziny gwiazd. Autorzy podkreślają, że obserwowane pierścienie może wyjaśniać również gromadzenie gazu na rezonansach wywołanych przez poprzeczkę galaktyczną. 1

Wyniki przemawiają jednak za bardziej warunkowym obrazem. Gaz może zasilać czarną dziurę, AGN może następnie oświetlać galaktykę i napędzać wypływy lub fale uderzeniowe, a te z kolei mogą przemieszczać, ściskać albo rozpraszać gaz. Zależnie od lokalnych warunków efekt może hamować tworzenie gwiazd, współistnieć z nim lub potencjalnie tworzyć sprzyjające mu warunki. 12

Najważniejsza lekcja ma więc również charakter metodologiczny: aby ustalić, czy AGN wygasza, czy sprzyja formowaniu gwiazd, trzeba odróżnić wzbudzenie wywołane wstrząsami od fotojonizacji przez gwiazdy i przez AGN. Bez takiego rozdzielenia rola aktywnej czarnej dziury może zostać błędnie odczytana. 14