2014.10.10. - Mi hajtja a csillaggyárakat?

A galaxisok középpontjaiban helyet foglaló óriás fekete lyukak nem csak pusztítanak. Sikerült kimutatni, hogy az intersztelláris anyag felkavarásával a csillagkeletkezést is képesek működtetni a galaxisukban.

A galaxisok önmagukban nem képesek a végtelenségig új csillagokat létrehozni. Ezt az állítást mind a megfigyelések, mind az elméleti megfontolások alátámasztják. Ahhoz, hogy egy galaxis kövesse a rá jellemzőnek gondolt fejlődési útvonalat, szüksége van valamiféle mechanizmusra, amely szabályozza benne a csillagkeletkezést. Ennek kulcsa, hogy turbulensen tartsa a csillagok alapanyagául szolgáló gázt. Ettől a galaxisban található csillagközi anyag folyamatosan keveredik, és sűrű, hideg csomók alakulhatnak ki benne. Ezek végül összeomolhatnak és csillaggá sűrűsödhetnek össze. Ahogy a keveredés megáll és a gáz lecsillapodik, nem fognak újabb csillagok születni.

A csillagkeletkezést lehetővé tevő, a szakzsargonban pozitív visszacsatolásnak nevezett folyamatokat azonban sokkal vázlatosabban ismerjük, mint a további csillagkeletkezést megállító, vagy egyenesen lehetetlenné tevő negatív visszacsatolási folyamatokat. Az egyik jelölt a szupernóva-robbanások hatása. Ezek erőteljes lökéshullámokat küldenek át a csillagközi anyagon, amely akár önmagában is elegendő lehet a turbulens keveredés fenntartásához és a csillagkeletkezés szabályozásához. A szupernóváknál is erősebb hatása lehet az aktív, éppen anyagot elnyelő fekete lyukaktól eredő rádiónyaláboknak (jeteknek), amelyek maguk is felkeverik az útjukba kerülő gázt, ahogy nagy sebességgel beleütköznek. Bár a szimulációk szerint ezek a folyamatok szükségesek, nem ártana megfigyelésekkel is igazolni a működésüket.

A Centaurus A galaxis kompozit képe látható, infravörös, UV, röntgen és rádió felvételek egyesítéséből. Jól látható a markáns porsáv és a rá közel merőleges, a központi fekete lyuktól eredő és rádiólebenyekben végződő nyalábok.
[ESO/WFI, MPIFR/ESO/APEX, NASA/CXC/CfA]

Stephen Hamer (Observatoire de Paris) és szerzőtársai a déli égbolt egyik ikonikus objektumában, a Centaurus A galaxisban keresték a rádiónyalábok és a csillagközi anyag kölcsönhatásának nyomait. A Centaurus A egy óriási elliptikus galaxis, de találunk benne vastag porsávokat, egy 20 millió naptömeg méretű központi fekete lyukat és két hatalmas, több, mint nyolcszázezer fényév hosszúságú rádiólebenyt is. A kutatók az egyik chilei VLT óriástávcsőre szerelt MUSE spektrográffal keresték a pozitív visszacsatolás nyomait. Az egyik árulkodó jel, ha a hidrogéngázra jellemző, fényes színképvonalat kiszélesedve látják a rádiónyaláb mentén.

Ha a nyaláb lökéshullámokat kelt a csillagközi gázban, azzal fel is fűti azt, energiát biztosítva a turbulens keveredéshez, amelyből pedig később csillagkeletkezési régiók alakulhatnak ki. A kaotikusan kevergő gáznak egyes részei éppen közelednek felénk, mások pedig távolodnak. Ezeknek a részeknek a sugárzása a sebességnek megfelelő kék-, illetve vöröseltolódást szenved. Emiatt a hidrogén eredetileg igen keskeny színképvonala helyett az ide-oda mozgó részek összegét látjuk: egy kiszélesedett vonalat.

A hidrogéngáztól eredő sugárzás mennyisége a galaxisban. Balra a nyaláb csomói látszanak, jobbra, ezek levonása után előtűnnek az ívek.
[Hamer és tsai, 2014]

A felvételek nagyon érdekes dolgokat fedtek fel a Centaurus A-ról. Az egyértelmű, hogy a rádiónyaláb mentén egy sor nagyobb csomóba rendeződött a gáz. Ami ennél sokkal meglepőbb, hogy ha ezeket kitakarták, hosszú ívek rajzolódtak ki a háttérben, a nyalábokra közel merőlegesen. Ezek az ívek nem követik a galaxison átnyúló porsávokat sem, hanem ellentétes irányú görbülettel rendelkeznek. A kutatók szerint a legvalószínűbb, hogy az ívek nem független struktúrák, hanem azok is a nyaláboktól erednek. Ahogy az aktív fekete lyuktól megindul a nagyon nagy sebességű áramlás a nyalábok mentén, az beleütközik a galaxisban található, lassan mozgó gázba. A félrelökött csillagközi anyagban visszaáramlás indul meg: ezt láthatjuk most ívekként. De a visszaáramlás nem tart sokáig, csak úgy egymillió évig: a Centaurus A fekete lyuka tehát csillagászati szempontból igen rövid ideje vált aktívvá.

Jobbra a gáz jellemző látóirányú sebessége, a kék és zöld közeledik felénk, a vörös pedig távolodik. Balra a turbulencia mértékét jelző vonalszélességi paraméter. A vörös és kék tartományok kavarognak a leginkább a csomók széle mentén.
[Hamer és tsai, 2014]

A második meglepetést a vonalszélesség-térkép tartogatta. Azt találták, hogy a legnagyobb kiszélesedés, és így a legnagyobb turbulencia is a nyalábot alkotó csomók szélén alakult ki. A gáz itt akár több száz km/s-os sebességgel áramlik ide-oda, pontosan ahogy azt a lökéshullámokkal végzett szimulációk jósolták. Ugyanezek a tartományok ultraibolya fényben is igen fényesek, ami egyértelmű bizonyíték arra, hogy a csomók széle mentén jelenleg is aktív csillagkeletkezés zajlik. Ezek alapján tehát sikerült a Centaurus A-ban közvetlenül megfigyelni a központi fekete lyuk rádiónyalábja által vezérelt pozitív visszacsatolási folyamatot: a csillagközi gázba csapódó nyaláb lökéshullámai turbulenssé tették azt, beindítva a keveredést és csillagkeletkezést, és mellesleg megfigyelték a visszaáramlást is. Amennyiben igazuk van, a fekete lyuk még sok százmillió éven át fogja fenntartani a csillagkeletkezést a galaxisban.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astronomy & Astrophysics c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• astrobites 2014.10.02.