Vânturi de quasare cu niveluri record de energie au fost văzute fugind dintr-o galaxie îndepărtată

Găurile negre din universul îndepărtat suflă vânturi cu energie de 100 de ori mai mare decât toate stelele din Calea Lactee combinate. Aceste rafale mari, numite ieșiri de quasar, transportă suficient material departe de galaxiile lor de origine pentru a opri în cele din urmă formarea stelară a acestor galaxii, raportează astronomii în șase lucrări publicate pe 16 martie în Seria de suplimente pentru jurnalul astronomic.

„Am găsit cele trei cele mai mari și mai energice fluxuri de ieșire pe care le-a găsit cineva vreodată”, spune astronomul Nahum Arav de la Virginia Tech din Blacksburg. „La această dimensiune, ei sunt un factor de influență serios pentru evoluția galaxiei.”

Arav și colegii săi au folosit telescopul spațial Hubble pentru a măsura masele, vitezele și energiile fluxurilor de ieșire din 10 quasari, găuri negre supermasive active în inimile galaxiilor îndepărtate care pot eclipsa galaxiile înseși (SN: 12/5/18).

Observațiile, făcute în aproximativ 60 de ore în 2017, marchează primul sondaj dedicat ieșirilor de quasar. Astronomii nu pot vedea gazul direct. Dar, pe măsură ce lumina quasar filtrează prin gaz, atomii și ionii absorb lungimi de undă specifice ale luminii, dezvăluind proprietățile fluxurilor de ieșire.

Ilustrațiile arată adesea aceste fluxuri ca jeturi gemene care curg din gaura neagră perpendicular pe discul de stele al galaxiei. Dar, probabil, gazul curge în toate direcțiile, spune Arav, și se răspândește ca suprafața unui balon în expansiune. Astronomii nu știu exact cum sunt produse fluxurile de ieșire, dar gazul poate fi emis în izbucniri periodice în timp.

Teoriile despre modul în care evoluează galaxiile au sugerat că fluxurile de ieșire ar putea propulsa gazele și praful departe de centrul galactic, îmbogățind materialul dintre galaxii cu elemente mai grele decât hidrogenul și heliul (SN: 7/12/18) și oprirea formării stelelor (SN: 2/11/20). Astfel de opriri galactice ar putea explica de ce vedem mai puține galaxii mari în universul modern decât au sugerat simulările supercomputerelor că ar trebui să existe.

„Teoreticienii ar putea arăta foarte ușor, cu fizica din spatele învelișului, că dacă fluxurile de ieșire au suficientă energie”, vor opri formarea stelară a galaxiei, spune Arav. Dar observațiile anterioare ale galaxiilor îndepărtate, făcute cu telescoape de la sol, au descoperit energii de ieșire prea scăzute pentru asta.

Hubble a dezvăluit lumina de la quasari în intervalul de lungimi de undă ultraviolete îndepărtate, care se dovedește a fi acolo unde poate fi văzută cea mai mare parte a materiei din fluxuri. Echipa a descoperit că fiecare dintre cei 10 quasari are trei ieșiri, în medie, care înconjoară gaura neagră ca niște păpuși de cuib.

Fluxurile de ieșire se găsesc în principal între 300 și 3.000 de ani-lumină de gaura neagră centrală, ceea ce înseamnă că se extind suficient de departe pentru a avea o influență mare asupra galaxiei, spune Arav. Și aproximativ jumătate din fluxurile măsurate au fost suficient de energice, afectează soarta galaxiilor lor.

„E bine să vezi asta [quasar
outflows are] important” pentru evoluția galactică, spune astronomul Jane Charlton din Penn State, care nu a fost implicat în noua cercetare. Începuse să se întrebe dacă doar quasarii ar fi de ajuns sau dacă era nevoie de vreun proces galactic necunoscut. „Această lucrare spune că probabil este suficient.”

Cel mai energetic flux a venit de la un quasar numit SDSS J1042+1646 cu 5×1030
gigawați, sau 5 milioane de trilioane de trilioane de gigawați. Pentru perspectivă, un reactor nuclear eliberează aproximativ un gigawatt de energie, în timp ce energia totală a tuturor stelelor din Calea Lactee este de aproximativ 10.28 gigawați.


De la astronomie la zoologie

Abonați-vă la Știri Științe pentru a vă satisface apetitul omnivor pentru cunoașterea universală.

Abonati-va

Echipa a găsit, de asemenea, o ieșire cu cea mai mare accelerație văzută vreodată de la același quasar. În 2011, fluxul de ieșire se mișca cu aproximativ 19.500 de kilometri pe secundă. Dar când echipa s-a uitat din nou în 2017, gazul rula cu 21.050 de kilometri pe secundă, 1.550 de kilometri pe secundă sau cu aproximativ 8% mai repede, spune astronomul Xinfeng Xu, de asemenea de la Virginia Tech. La o viteză mai mare, fluxul ar putea călători de la Londra la Washington, DC, în aproximativ un sfert de secundă. Anterior, astronomii au văzut schimbări de viteză în doar câteva ieșiri, iar diferențele au fost de cel mult 900 de kilometri pe secundă pe parcursul a trei până la cinci ani.

„Aceste lucrări ne oferă informații fundamentale despre ce fac de fapt quasarii în suflarea materiei” – în special vitezele, energiile și accelerațiile gazului, spune astrofizicianul teoretic Jeremiah Ostriker de la Universitatea Columbia. „Este informații de bază pe care va trebui să le înțelegem dacă vom înțelege evoluția galaxiilor și evoluția găurilor negre.”