Naukowcy odkryli aktywność promieniowania rentgenowskiego, która rzuca światło na ewolucję galaktyk

Naukowcy z Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda należącego do NASA odkryli aktywność promieniowania rentgenowskiego, która dostarcza wiedzy na temat ewolucji galaktyk. Zaobserwowali promienie rentgenowskie zarysowujące kształt dużych obłoków zimnego gazu w galaktyce spiralnej NGC 4945. Wydaje się, że gaz ten eksplodował z galaktyki po tym, jak jej centralna supermasywna czarna dziura stała się aktywna około 5 milionów lat temu.

Położona około 13 milionów lat świetlnych stąd, w południowym gwiazdozbiorze Centauri, NGC 4945 jest aktywną galaktyką.

Aktywne galaktyki zawierają wyjątkowo jasne i zmienne centra zasilane przez supermasywną czarną dziurę. Ta czarna dziura ogrzewa otaczający dysk gazu i pyłu poprzez siły grawitacji i tarcia. Gdy czarna dziura pochłania pobliską materię, zmienia światło emitowane przez dysk. W przypadku NGC 4945, podobnie jak wiele aktywnych galaktyk, czarną dziurę i dysk otacza gęsta chmura pyłu zwana torusem, która częściowo blokuje emitowane światło.

Jądra aktywnych galaktyk, w tym NGC 4945, mogą wytwarzać dżety cząstek o dużej prędkości i generować potężne wiatry zawierające gaz i pył.

NGC 4945 to galaktyka aktywna i galaktyka gwiazdowa, co oznacza, że ​​tworzy gwiazdy w znacznie szybszym tempie niż nasza Droga Mleczna. Naukowcy szacują, że NGC 4945 wytwarza każdego roku masę równoważną 18 gwiazdom podobnym do naszego Słońca, czyli mniej więcej trzykrotnie większą niż Droga Mleczna. Większość tego procesu gwiazdotwórczego zachodzi w centrum galaktyki. Wydarzenia związane z wybuchami gwiazd trwają zwykle od 10 do 100 milionów lat i kończą się wraz z wyczerpaniem się surowców potrzebnych do stworzenia nowych gwiazd.

Naukowcy wykorzystali satelitę do obserwacji NGC 4945 i odkryli w danych cechę znaną jako linia żelaza K-alfa. Cecha ta pojawia się, gdy wysokoenergetyczne światło rentgenowskie z dysku czarnej dziury wchodzi w interakcję z zimnym gazem w innym miejscu galaktyki. Temperatura tego gazu wynosi około 400 stopni Fahrenheita lub minus 200 stopni Celsjusza.

Choć kolejnictwo jest zjawiskiem powszechnym w aktywnych galaktykach, obserwacje te podważają wcześniejsze założenia, ujawniając, że zjawisko to występuje w skalach znacznie oddalonych od czarnej dziury, niż wcześniej sądzono.

Gina Kahn, współautorka i badaczka ze stopniem doktora w Goddard, powiedziała: „Chandra zmapowała żelazo K-alfa w innych galaktykach. Pomogło nam to zbadać poszczególne jasne Wide XMM-Newton, aby zobaczyć to wszystko.

Naszym zdaniem nachylona orientacja NGC 4945 umożliwiła satelitowi XMM-Newton sporządzenie mapy zasięgu linii kolejowej wzdłuż i nad płaszczyzną galaktyki. Mapa obejmowała odpowiednio 32 000 i 16 000 lat świetlnych, czyli dziesięć razy dalej niż obserwowane wcześniej linie kolejowe.

Zespół naukowy sugeruje, że zimny gaz potwierdzony przez kolej jest pozostałością strumienia cząstek, który powstał z centralnej czarnej dziury około 5 milionów lat temu. Dżet prawdopodobnie kieruje się w stronę galaktyki, popychając silne wiatry, które w dalszym ciągu rozpychają zimny gaz po całej galaktyce. Wiatry te mogły być przyczyną obecnego wybuchu gwiazd.

Ciągłe obserwacje NGC 4945 pomogą naukowcom odkryć dodatkowe sposoby, w jakie czarna dziura wpływa na ewolucję galaktyki. Te same promienie rentgenowskie z dysku, które oświetlają zimny gaz, mogą ostatecznie go rozproszyć. Zrozumienie tego procesu może dostarczyć wglądu w to, jak aktywność wokół czarnej dziury wpływa na galaktykę i reguluje powstawanie gwiazd.

Współautor Edmund Hodges Cloke, astrofizyk w Goddard, Powiedział, „Istnieje wiele dowodów na to, że czarne dziury odgrywają w niektórych galaktykach ważną rolę w określaniu historii powstawania i losów gwiazd. Badamy wiele galaktyk, takich jak NGC 4945, ponieważ chociaż fizyka jest mniej więcej taka sama w przypadku czarnej dziury do czarnej dziury, ich wpływ na galaktyki jest bardzo zróżnicowany.XMM-Newton pomógł nam odkryć galaktyczną skamieniałość, o której nie wiedzieliśmy, że szukamy, ale prawdopodobnie jest to pierwsza z wielu.

Wyniki zaprezentowano 11 stycznia podczas 243. spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Nowym Orleanie. Czasopismo Astrophysical Journal jest obecnie poddawane recenzji. Prace te były możliwe dzięki danym zebranym przez satelitę XMM-Newton Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) przy wsparciu należącego do NASA Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra.