Evropský dalekohled Euclid zjistil, co probouzí spící supermasivní černé díry
Proč se některé supermasivní černé díry mění z kosmických spáčů v oslnivé vesmírné majáky? Podle přelomové analýzy dat z teleskopu Euclid za tím stojí dramatické kolize galaxií.
Prakticky každá větší galaxie má ve svém jádru supermasivní černou díru, gravitačního behemota o hmotnosti milionů nebo i miliard sluncí. Většina z nich si jen tak poklidně dříme a občas pozře materiál, který se dostane příliš blízko horizontu událostí. Existují ale i výjimky.
Malá část supermasivních černých děr hladově polyká značné množství hmoty a v jejich blízkosti tryskají velmi energetické proudy hmoty a záření. Jsou motorem aktivních galaktických jader (AGN), které ve vesmíru září jako obří majáky. Vědci se již celá desetiletí přou o to, co vlastně spouští změnu klidných supermasivních černých děr na zběsile aktivní monstra.
Galaktické kolize jako kosmický budíček
Rozřešení tohoto sporu nedávno přinesl nový soubor dat evropského vesmírného dalekohledu Euclid. Z nových pozorování vyplynulo, že by oním spouštěčem mohly být srážky a splývání galaxií, k nimž ve vesmíru občas dochází.
Když se přiblíží a srazí galaxie, není to jako srážka automobilů. Materiál galaxií je řídký a galaxie se spíše prolnou. Současně ale dochází k tomu, že srážka rozpoutává gravitační chaos, v němž se přesouvá kosmický plyn, prach, a také hvězdy, často na velké vzdálenosti. Část materiálu se dostává k supermasivní černé díře dané galaxie. Vytvoří se mohutný akreční disk, kterým proudí hmota k černé díře a galaktické jádro se intenzivně rozzáří.
Nad podobným scénářem vědci spekulovali již delší dobu. Starší studie ale pracovaly jen s omezeným počtem galaxií a snímky často nebyly dostatečně kvalitní, aby bylo možné spolehlivě rozpoznat jak probíhající srážky, tak i slabší aktivní jádra. To se změnilo s příchodem teleskopu Euclid.
Vesmírný dalekohled Euclid, který do vesmíru zamířil před dvěma lety, se jeví jako nesmírně výkonný. Součástí jeho výbavy je 600 megapixelový snímač pro záznam viditelného světla, doplněný spektrometrem a fotometrem pro blízkou infračervenou oblast. Během pouhého týdne Euclid pořídil kvalitní snímky vesmíru z větší plochy, než jakou stihl Hubbleův dalekohled za více než třicet let pozorování.
Aby bylo možné tento obrovský objem dat efektivně využít, vyvinuli vědci z nizozemského institutu SRON nový nástroj založený na umělé inteligenci. Ten dokáže „rozložit“ obrazy galaxií na jednotlivé složky a odhalit AGN, která by jinými metodami zůstala zcela skrytá. Zároveň umožňuje velmi přesně změřit jejich energetický výkon. Když byl tento nástroj aplikován na milion galaxií – vzorek mnohonásobně větší než v jakékoli předchozí studii – výsledky byly jednoznačné.
Zásadní okamžik v životě galaxií
Data jednoznačně potvrzují, že slučující se galaxie obsahují výrazně více aktivních černých děr než galaxie izolované. Poměr závisí na fázi srážky: v raných, dynamických a mladých fázích, bohatých na prach, kde je aktivita viditelná hlavně v infračerveném záření, se vyskytuje až šestkrát více AGN.
V pozdějších fázích, kdy se galaxie blíží úplnému splynutí a prach už nebrání úniku rentgenového záření, je aktivních jader přibližně dvakrát více než u izolovaných galaxií. Část zdánlivě „osamělých“ galaxií přitom může být ve skutečnosti pozůstatkem dávné srážky, která už zanechala jen nenápadné stopy.
Nejjasnější a energeticky nejextrémnější AGN se téměř výhradně nacházejí v slučujících se galaxiích. To naznačuje, že zatímco mírnější aktivitu mohou spustit i jiné procesy, kosmické kolize jsou pro vznik AGN klíčové – a možná dokonce nezbytné – pro vznik těch nejmocnějších černých děr ve vesmíru.
Doposud nerecenzovaná studie, zveřejněná na vědecké platformě arXiv, zároveň ukazuje, že když se galaxie v průběhu kosmické historie spojují, jejich centrální černé díry nejen rostou, ale na krátký čas se i rozzáří s obrovskou intenzitou. Toto energetické vzplanutí může dramaticky ovlivňovat jejich okolí – silné záření a výtrysky hmoty dokážou zahřát nebo odfouknout plyn potřebný pro tvorbu nových hvězd a zastavit tak hvězdotvorbu v celé nově vzniklé galaxii.
Nový dalekohled Euclid tak poskytuje dosud nejjasnější pohled na to, jak jsou osudy galaxií a jejich černých děr propojeny – a jak násilné srážky formují podobu vesmíru, jak jej dnes pozorujeme.
