Astronomii se apropie de soluționarea unui mister cosmic de lungă durată: de ce unele dintre cele mai mari galaxii din univers par să aibă mult mai puține stele decât se aștepta. Folosind observații XRISM, susținute de NASA și JAXA, ale unei galaxii numite NGC 4151, cercetătorii au găsit dovezi solide că găurile negre supermasive pot dezlănțui vânturi puternice care suflă materia primă necesară pentru a forma noi stele.
Astronomii se apropie de rezolvarea unui mister de multă vreme legat de cele mai mari galaxii ale universului. Observațiile de la Misiunea de Imagistică și Spectroscopie cu Raze X, cunoscută sub numele de XRISM, oferă noi dovezi că găurile negre supermasive ar putea împiedica aceste galaxii gigantice să formeze atâtea stele câte se aștepta. Conform modelelor actuale, cele mai masive galaxii ar trebui să conțină mai multă masă stelară decât observă astronomii în realitate. Această lipsă sugerează că un anumit proces a suprimat formarea de stele. Xin "Cindy" Xiang, doctorandă la Universitatea din Michigan, a folosit date XRISM pentru a investiga o explicație principală și a găsit dovezi care indică direct spre găurile negre.
Majoritatea oamenilor cunosc găurile negre ca obiecte a căror gravitație este atât de puternică încât nici măcar lumina nu poate scăpa odată ce a traversat un anumit hotar. Totuși, găurile negre pot crea și regiuni extrem de luminoase în jurul lor. Pe măsură ce gazul și praful spiralează spre interior, ele formează un disc de acreție care emite cantități enorme de energie, inclusiv raze X puternice.
Vânturile găurilor negre și formarea stelelor Discurile de acreție se numără printre cele mai energetice medii din univers. Materialul care cade spre gaura neagră este încălzit de gravitație și fricțiune până devine un plasmatic intens fierbinte. În același timp, discul poate lansa fluxuri puternice de materie. Aceste vânturi pot fi suficient de puternice pentru a elimina gazul dintr-o galaxie. Deoarece gazul este materia primă necesară pentru a forma noi stele, astfel de fluxuri ar putea reduce semnificativ formarea viitoare de stele. Datele de la XRISM susțin această posibilitate. Misiunea este condusă de Agenția Aerospațială Japoneză în parteneriat cu NASA și Agenția Spațială Europeană.
"Anterior, fără XRISM, puteam vedea doar trăsături generale ale fluxurilor", a spus Xiang. "Dar ai nevoie să poți rezolva trăsături fine pentru a răspunde la întrebări importante. Care este structura și geometria lor? Cum sunt lansate vânturile și când sunt lansate?"
XRISM oferă o viziune mai clară Lansată în 2023, XRISM a început observațiile științifice în toamna anului 2024. Rezoluția sa energetică este de aproximativ 10 ori mai bună decât a predecesorului său, permițând astronomilor să examineze mediile găurilor negre în mult mai multe detalii. Xiang și colaboratorii săi s-au concentrat pe NGC 4151, o galaxie strălucitoare situată la puțin peste 50 de milioane de ani-lumină de Pământ. În centrul său se află un nucleu galactic activ, sau AGN, unde o gaură neagră supermasivă consumă activ materie și generează un disc de acreție luminos. Acest lucru face din NGC 4151 un laborator ideal pentru studiul fluxurilor conduse de găurile negre.
"Cu XRISM, avem cea mai mare rezoluție observând cel mai strălucitor AGN și obținem cele mai bogate informații despre fluxuri pe care le-am observat până acum pentru un disc de acreție", a spus Xiang.
Lucrând alături de profesorul de astronomie Jon Miller de la Universitatea din Michigan, Xiang a arătat anterior că vânturile de la discul de acreție al NGC 4151 pot atinge viteze suficient de mari pentru a ejecta material din sistem. Ea a identificat, de asemenea, mecanismul probabil care determină aceste fluxuri (care pare a fi ceea ce se numește conducere magnetofugală și este similar cu ceea ce declanșează erupțiile solare).
Urmărirea celor mai rapide fluxuri de la găurile negre La cea de-a 248-a reuniune a Societății Astronomice Americane din Pasadena, California, Xiang a prezentat o nouă metodă pentru a determina când sunt active vânturile puternice ale NGC 4151. Abordarea ar putea ajuta cercetătorii să identifice fluxuri similare în alte galaxii și să îmbunătățească înțelegerea AGN-urilor din univers. Deoarece vânturile AGN pot varia dramatic în timp, Xiang a avut nevoie de o modalitate de a identifica când au apărut cele mai rapide și mai puternice fluxuri. Pentru a face acest lucru, ea a analizat sute de zile de observații XRISM ale NGC 4151. Munca sa s-a concentrat pe perioadele în care producția de raze X a galaxiei s-a intensificat în explozii și pe modul în care semnalul de raze X a evoluat în orele următoare.
Pe lângă măsurarea luminozității, Xiang a studiat dacă razele X detectate erau relativ dure sau moi, o proprietate comparabilă cu culoarea în lumina vizibilă. Ea a combinat aceste măsurători într-o nouă metrică numită indicele de intensitate a culorii. Miller a sugerat scurtarea numelui la "cindicitate". "Parțial pentru că numele meu este Cindy", a spus Xiang. "Dar ideea este că, în viitor, ați putea să-mi spuneți cindicitatea sursei dvs. în acest moment și vă pot spune probabilitatea ca dvs. să vedeți un flux rapid."
O nouă legătură temporală între găurile negre și vânturile galactice Analiza a dezvăluit un model surprinzător. În NGC 4151, cele mai puternice vânturi rapide au apărut atunci când razele X erau dure, dar relativ slabe. Cele mai rapide fluxuri nu au apărut în timpul explozilor de raze X în sine. În schimb, au apărut, în general, aproximativ 10.000 de secunde, sau puțin sub trei ore, mai târziu. Această descoperire oferă prima conexiune temporală directă între activitatea razelor X și vânturile puternice care curg din discul de acreție al găurii negre. Prin identificarea momentului în care apar aceste fluxuri, astronomii au acum un nou instrument valoros pentru a studia modul în care găurile negre influențează creșterea și evoluția galaxiilor și, posibil, de ce unele dintre cele mai masive galaxii ale universului au un număr atât de mare de stele lipsă.