Galaktika, kas desmit reizes pārsniedz Piena Ceļa masu, gatavojas kļūt par kvazāru


Viens no astronomijas pamatjautājumiem ir tas, kā galaktikas veidojās pirms vairāk nekā 13 miljardiem gadu un kopš tā laika ir attīstījušās. Kopīga iezīme, ko atzīmējuši astronomi, ir tāda, ka, šķiet, ir lielākajai daļai galaktiku supermasīvie melnie caurumi (MVU) savā centrā – kā Strēlnieks A*, SMBH ar aptuveni 4 miljoniem saules masu Piena ceļa centrā. Šie monstru melnie caurumi laiku pa laikam norij tuvumā esošo gāzi, putekļus un zvaigznes, atbrīvojot lieko enerģiju kā spēcīgas relativistiskas strūklas. Šī parādība, kurā galaktikas centrs pārspēj diskā esošās zvaigznes, ir pazīstama kā a Aktīvs galaktikas kodols (AGN) vai kvazārs.

Nesenā pētījumā starptautiska astronomu komanda, kuru vadīja Eiropas Dienvidu observatorija (ESO) atklāja galaktiku agrīnā Visumā, kas varētu atklāt vairāk par šo evolūciju. Izmantošana Ļoti liels teleskops (VLT) un Atacama lielais milimetru/submilimetru masīvs (ALMA) Čīlē viņi novēroja galaktiku baru, kas riņķo ap ļoti spilgtu un spēcīgi zvaigžņu veidojošo galaktiku agrīnajā Visumā. Šie novērojumi sniedz jaunu ieskatu par to, kā ārkārtīgi spilgtas galaktikas aug un pārvēršas par kvazāriem, izstarojot spēcīgus gaismas starus visā novērojamā Visumā.

Pētījumu vadīja Michele Ginolfi, zinātniskā līdzstrādniece Eiropas Dienvidu observatorija (ESO) Garchingā, Vācijā. Viņam pievienojās pētnieki no Nacionālais astrofizikas institūts (INAF), Cavendish laboratorijauz Kavli Kosmoloģijas institūtsuz Maksa Planka Astrofizikas institūts (MPIA), Kosmiskās rītausmas centrs (AUTA), Nīlsa Bora institūts (NBI), Parīzes Astrofizikas institūts (IAP) un vairākas universitātes. Papīrs, kurā aprakstīti viņu atklājumi, nesen parādījās žurnālā dabas komunikācija.

Sākotnēji 1963. gadā novērotie kvazāri (saīsinājums no kvazizvaigžņu objektiem) ieguva savu nosaukumu, jo tie atgādināja zvaigznes, bet bija spilgti radio spektrā. Mūsdienās šo terminu lieto, lai aprakstītu visus supermasīvos melnos caurumus, kas ir īpaši spilgti, jo tie patērē apkārtējo gāzi, putekļus un zvaigznes. Mūsdienās daudzas detaļas par to, kā galaktikas pāriet no “normālas” uz kvazāru, joprojām nav zināmas. Lai uzzinātu vairāk par šo procesu, Džinolfi un viņa kolēģi pētīja W0410-0913, vienu no spilgtākajām, masīvākajām un gāzēm bagātākajām galaktikām, kas novērotas agrīnajā Visumā.

Šī galaktika, kas atrodas aptuveni 12 miljardu gaismas gadu attālumā no Zemes, astronomiem šķiet aptuveni 1 miljards gadu pēc Lielā sprādziena. W0410-0913 padara tik spilgtu putekļu sildīšanu, ko rada tā centrālais melnais caurums un apkārtējās zvaigznes. Rezultātā šāda veida galaktikas šķiet īpaši spilgtas infrasarkanajā spektrā, kā rezultātā tiek iegūts apzīmējums “karsto putekļu aizēnotas galaktikas” (aka “karstie SUŅI”). Kā Džinolfi paskaidroja nesenā rakstā preses relīze no Nīlsa Bora institūta:

“Tiek uzskatīts, ka dažas galaktikas iziet cauri fāzei, kurā tās ir ļoti putekļainas un ļoti “aktīvas” attiecībā uz zvaigžņu veidošanos un gāzu uzkrāšanos centrālajos supermasīvajos melnajos caurumos, pirms tās pārvēršas par pilngadīgu kvazāru. Mēs nolēmām izstrādāt eksperimentu, lai uzzinātu vairāk par šo pārejas posmu.

Tā kā galaktiku evolūcija ir saistīta ar to vidi, Džinolfi paļāvās uz datiem, kas iegūti no galaktikas Vairāku vienību spektroskopiskais pētnieks (MUSE) instruments pie Ļoti liels teleskops (VLT) Čīlē, kas ļāva viņiem izpētīt reģionu, kas 40 reizes lielāks par pašu galaktiku. Pēc tam viņi izmantoja arhīva datus, kas iegūti no ALMA masīva, kas ļāva izpētīt gāzes iekšējo kustību, lai izmērītu W0410-0913. Kā norāda Pīters Laursens, pētnieks Kosmiskās rītausmas centrā Kopenhāgenā un pētījuma līdzautors, paskaidroja:

“Novērojumi parādīja, ka W0410-0913 ieskauj ne mazāk kā 24 mazāku galaktiku bars. MUSE instrumentā ir tas, ka mēs ne tikai varam izmērīt to atrašanās vietu debesīs, bet arī attālumu gar mūsu redzamības līniju. Citiem vārdiem sakot, mēs varam izmērīt viņu 3D pozīcijas.

Mākslinieka atveidojums ULAS J1120+0641 — ļoti attāls kvazārs, kuru darbina melnais caurums, kas divus miljardus reižu pārsniedz mūsu Saules masu.  Kredīts: ESO/M.  graudu nazis
Mākslinieka atveidojums par tālu kvazāru, ko darbina melnais caurums, kas divus miljardus reižu pārsniedz saules masu. Kredīts: ESO/M. graudu nazis

Tas nozīmē, ka W0410-0913 atrodas reģionā, kas ir vismaz 10 reizes blīvāks nekā vidējais Visums. Tas nebija pilnīgi negaidīts, jo cīsiņi teorētiski dzīvo blīvā vidē. Turklāt W0410-0913 jau bija desmit reizes masīvāka par mūsu galaktiku, kad Visums bija aptuveni 1/8 no Visuma pašreizējā vecuma. Lai sasniegtu šo izaugsmi tik īsā laikā un barotu supermasīvu melno caurumu, lai sasniegtu šo spilgtuma līmeni, būtu nepieciešams ievērojams daudzums izejvielu.

Tas atbilst iedibinātajām teorijām par to, kā masīvās galaktikas aug, uzkrājot gāzi un gravitācijas ceļā saplūstot ar satelītgalaktikām. Blīvā vidē, kas aizņēma W0410-0913, pētnieku grupa paredzēja, ka tā ļoti ātri mijiedarbosies un saplūst ar citām galaktikām. Viņi arī pieņēma, ka galaktikas iekšpusi veidos haotisks virpuļojošu gāzes un zvaigžņu mākoņu juceklis. Šajā sakarā viņi bija pārsteigti, kad ALMA novērojumi parādīja, ka W0410-0913, šķiet, nemaz netraucē mijiedarbība ar kaimiņiem.

Faktiski ALMA novērojumi parādīja, ka gāze un zvaigznes sakārtoti griezās ap centrālo melno caurumu, lai gan tas pārvietojās ar neticamu ātrumu – 500 kilometri sekundē (1,8 miljoni km/h; 1,12 miljoni jūdzes stundā)! Džinolfi teica:

Savienojot rezultātus no diviem ļoti atšķirīgiem teleskopiem, mēs redzam attēlu, kā var attīstīties masīvākās un putekļainākās galaktikas. Šāda veida galaktikas, kas ir izšķirošs posms pārejā no putekļainas un zvaigznes veidojošas galaktikas uz kvazāru, mēdz augt ļoti blīvā vidē.. Tomēr, neskatoties uz gaidāmo biežo saplūšanu ar citām galaktikām, šīs gravitācijas mijiedarbības ne vienmēr ir destruktīvas – tās baro centrālo galaktiku un nedaudz sasmalcina gāzi, bet atstāj to praktiski neskartu. Mazliet kā mazu oļu mešana pa cietu stikla rūti: tos var saskrāpēt, bet nesalauzt…

Trīsdimensiju stereogrāfiskais skats uz W0410-0913 (zilā sfēra) un tās galaktikas kaimiņiem (sarkanās sfēras). Kredīts: Pīters Laursens/NBI

Šie novērojumi atklāj, kā galaktikas agrīnajā Visumā attīstījās par tādām, ko mēs redzam šodien ar Piena Ceļa kaimiņiem. Tas arī sniedz pirmās norādes uz procesiem, kas virza Hot DOG, ekstrēmu un retu galaktiku populāciju mūsu Visumā, evolūciju. No tā, ko Džinolfi un viņa kolēģi ir apkopojuši ar VLT un ALMA, šīs galaktikas aug īpašos, blīvos biotopos, taču joprojām spēj maigi mijiedarboties ar saviem pavadoņiem. Nākamajos gados būs daudz iespēju šo un citu agrīno galaktiku turpmākiem novērojumiem ar nākamās paaudzes teleskopiem.

Tas ietver Džeimsa Veba kosmiskais teleskops (JWST) un Godājamā pēctecis Habla Nensijas Greisas romiešu kosmiskais teleskops (RST) – plānots sākt 2027. gadā. Ir arī nākamās paaudzes zemes teleskopi, kas pievienosies VLT un ALMA, tostarp ESO. Īpaši liels teleskops (ELT) un citi 30 metru (pēdu) apertūras instrumenti, piemēram, Milzīgs Magelāna teleskops (GMT) un Trīsdesmit metru teleskops (TMT). Paredzams, ka, zinot galaktiku evolūcijas sarežģījumus, tas sniegs arī jaunu ieskatu tumšajā matērijā un tumšajā enerģijā, kas novedīs pie visaptverošākiem kosmiskās evolūcijas modeļiem.

Papildu lasīšana: Neila Bora institūts, Daba