Nová studie z NASA Chandra X-ray Observatory říká vědcům, jak často byly největší černé díry aktivní během posledních několika miliard let. Tento objev objasňuje, jak supermasivní černé díry rostou, a mohl by mít důsledky pro to, jak se obří černá díra v centru Mléčné dráhy bude chovat v budoucnu.
Předpokládá se, že většina galaxií, včetně naší vlastní, obsahuje ve svých centrech supermasivní černé díry s hmotností v rozmezí od milionů do miliardkrát větší než je hmotnost Slunce. Z důvodů, které nejsou zcela pochopeny, astronomové zjistili, že tyto černé díry vykazují širokou škálu úrovní aktivity: od spící přes pouze letargickou až po prakticky hyperaktivní.
Nejživější supermasivní černé díry vytvářejí to, co se nazývá „aktivní galaktická jádra“ nebo AGN, tím, že přitahují velké množství plynu. Tento plyn se při pádu zahřívá a jasně září v rentgenovém světle.
'Zjistili jsme, že pouze asi jedno procento galaxií s hmotností podobnou Mléčné dráze obsahuje supermasivní černé díry ve své nejaktivnější fázi,' řekl Daryl Haggard z Washingtonské univerzity v Seattlu, WA a Northwestern University v Evanstonu, IL. , který studii vedl. 'Pokusit se zjistit, kolik z těchto černých děr je aktivních kdykoli, je důležité pro pochopení toho, jak černé díry rostou v galaxiích a jak je tento růst ovlivněn jejich prostředím.'
Tato studie zahrnuje průzkum nazvaný Chandra Multiwavelength Project nebo ChaMP, který pokrývá 30 čtverečních stupňů na obloze, což je největší obloha ze všech dosavadních průzkumů Chandra. Kombinací rentgenových snímků Chandra s optickými snímky ze Sloan Digital Sky Survey bylo analyzováno asi 100 000 galaxií. Z nich bylo asi 1600 rentgenově jasných, což signalizovalo možnou aktivitu AGN.
Pouze galaxie vzdálené 1,6 miliardy světelných let od Země lze smysluplně přirovnat k Mléčné dráze, ačkoli byly studovány i galaxie vzdálené až 6,3 miliardy světelných let. Primárně byly zahrnuty izolované nebo „polní“ galaxie, nikoli galaxie v kupách nebo skupinách.
'Jde o první přímé určení zlomku polních galaxií v místním vesmíru, které obsahují aktivní supermasivní černé díry,' řekl spoluautor Paul Green z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics v Cambridge, MA. 'Chceme vědět, jak často tyto obří černé díry vzplanou, protože právě tehdy procházejí velkým růstovým skokem.'
Klíčovým cílem astronomů je pochopit, jak aktivita AGN ovlivnila růst galaxií. Nápadná korelace mezi hmotností obřích černých děr a hmotností centrálních oblastí jejich hostitelské galaxie naznačuje, že růst supermasivních černých děr a jejich hostitelských galaxií spolu úzce souvisí. Určení zlomku AGN v místním vesmíru je klíčové pro modelování tohoto paralelního růstu.
Jedním z výsledků této studie je, že zlomek galaxií obsahujících AGN závisí na hmotnosti galaxie. Nejhmotnější galaxie jsou s největší pravděpodobností hostiteli AGN, zatímco galaxie, které jsou jen asi desetinu hmotné jako Mléčná dráha, mají asi desetkrát menší šanci, že obsahují AGN.
Dalším výsledkem je, že v kosmickém čase od Velkého třesku je vidět postupný pokles frakce AGN, což potvrzuje práci vykonanou ostatními. To znamená, že buď zásobování palivem nebo palivový mechanismus pro černé díry se s časem mění.
Studie má také důležité důsledky pro pochopení toho, jak sousedství galaxií ovlivňuje růst jejich černých děr, protože bylo zjištěno, že frakce AGN u polních galaxií je nerozeznatelná od frakce galaxií v hustých kupách.
'Zdá se, že skutečně aktivní černé díry jsou vzácné, ale ne antisociální,' řekl Haggard. 'Pro některé to bylo překvapení, ale mohlo by to poskytnout důležité vodítko o tom, jak prostředí ovlivňuje růst černých děr.'
Je možné, že frakce AGN se vyvíjela s kosmickým časem jak v kupách, tak v poli, ale různou rychlostí. Pokud by frakce AGN v kupách začínala výše než u polních galaxií – jak naznačovaly některé výsledky – ale pak by se snižovala rychleji, v určitém okamžiku by se frakce kupy rovnala frakci pole. To může vysvětlit to, co je vidět v místním vesmíru.
Mléčná dráha obsahuje supermasivní černou díru známou jako Sagittarius A* (zkráceně Sgr A*). I když astronomové byli svědky určité aktivity od Sgr A* pomocí Chandra a dalších dalekohledů v průběhu let, byla na velmi nízké úrovni. Pokud bude Mléčná dráha následovat trendy pozorované v průzkumu ChaMP, Sgr A* by měl být v rentgenovém záření asi miliardkrát jasnější po zhruba 1 % zbývající doby života Slunce. Taková aktivita byla pravděpodobně mnohem běžnější v dávné minulosti.
Pokud by se Sgr A* stal AGN, nepředstavovalo by to hrozbu pro život zde na Zemi, ale poskytlo by to velkolepou show na rentgenových a rádiových vlnových délkách. Jakékoli planety, které jsou mnohem blíže středu Galaxie nebo přímo v linii ohně, by však obdržely velké a potenciálně škodlivé množství záření.
Tyto výsledky byly zveřejněny 10. listopadu v časopise Astrophysical Journal. Dalšími spoluautory článku byli Scott Anderson z University of Washington, Anca Constantin z James Madison University, Tom Aldcroft a Dong-Woo Kim z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics a Wayne Barkhouse z University of North Dakota.