Astronomët vëzhgojnë ushqyerjen e vrimave të zeza supermasive dhe reagimet në shkallët nënparseku

Një ekip ndërkombëtar hulumtues i udhëhequr nga Takuma Izumi, një profesor asistent në Observatorin Kombëtar Astronomik të Japonisë, ka arritur një moment historik duke vëzhguar bërthamën aktive galaktike të afërt të galaktikës Circinus, me një rezolucion jashtëzakonisht të lartë (afërsisht 1 vit dritë) duke përdorur grupi Atacama Large Milimeter/nënmilimetër (ALMA).

Këto rezultate vëzhgimi, të titulluara “Ushqyerja e vrimave të zeza supermasive dhe reagimet e vëzhguara në shkallët nënparseku”, janë publikuar në Science .

Kjo shënon matjen e parë sasiore në botë të rrjedhave të gazit dhe strukturave të tyre në afërsi të menjëhershme, deri në shkallën e disa viteve dritë, të një vrime të zezë supermasive në të gjitha gazrat fazore, duke përfshirë plazmën, atomike dhe molekulare. Si rezultat, ekipi ka kapur qartë rrjedhën e grumbullimit që shkon drejt vrimës së zezë supermasive dhe ka zbuluar se kjo rrjedhë grumbullimi gjenerohet nga një mekanizëm fizik i njohur si “paqëndrueshmëri gravitacionale”.

Për më tepër, ekipi zbuloi gjithashtu se një pjesë e konsiderueshme e kësaj rrjedhe grumbullimi nuk përdoret për rritjen e vrimës së zezë. Në vend të kësaj, pjesa më e madhe e gazit nxirret nga afërsia e vrimës së zezë si rrjedhje atomike ose molekulare dhe kthehet përsëri në diskun e gazit për të marrë pjesë përsëri në një rrjedhje grumbullimi drejt vrimës së zezë: ky proces i riciklimit të gazit është i ngjashëm me një burim uji. . Këto gjetje përfaqësojnë një përparim thelbësor drejt një kuptimi gjithëpërfshirës të mekanizmave të rritjes së vrimave të zeza supermasive .

Në qendrat e shumë galaktikave masive, ekzistojnë “vrima të zeza supermasive” me masa që kalojnë një milion herë më shumë se dielli. Si formohen këto vrima të zeza supermasive? Një nga mekanizmat thelbësorë të rritjes të propozuar nga kërkimet e mëparshme është “akumulimi i gazit” në vrimën e zezë. Kjo i referohet procesit në të cilin gazi në galaktikën pritëse bie disi drejt vrimës së zezë qendrore.

Gazi që mblidhet shumë afër vrimave të zeza supermasive përshpejtohet me shpejtësi të madhe për shkak të gravitetit të vrimës së zezë. Si pasojë e fërkimit intensiv midis grimcave të gazit, ky gaz nxehet deri në temperatura që arrijnë disa milionë gradë dhe lëshon dritë të shkëlqyer. Ky fenomen njihet si një bërthamë galaktike aktive (AGN), dhe shkëlqimi i saj ndonjëherë mund të tejkalojë dritën e kombinuar të të gjithë yjeve në galaktikë. Është interesante se një pjesë e gazit që bie drejt vrimës së zezë (rrjedhja e grumbullimit) mendohet se është hedhur në erë nga energjia e pamasë e kësaj bërthame aktive galaktike, duke çuar në rrjedhje.

Si studimet teorike ashtu edhe ato vëzhguese kanë ofruar njohuri të detajuara në mekanizmat e grumbullimit të gazit nga shkalla 100,000 vite dritë e galaktikave deri në një shkallë prej disa qindra vitesh dritë në qendër. Sidoqoftë, grumbullimi i gazit brenda një rajoni shumë më të vogël, veçanërisht brenda disa dhjetëra vitesh dritë nga qendra galaktike, ka mbetur i paqartë për shkak të shkallës së tij hapësinore jashtëzakonisht të kufizuar.

Për shembull, për të kuptuar në mënyrë sasiore rritjen e vrimave të zeza, është e nevojshme të matet shpejtësia e rrjedhës së grumbullimit (sa gaz rrjedh brenda) dhe të përcaktohen sasitë dhe llojet e gazeve (plazma, gazi atomik, gazi molekular) që nxirren. si dalje në atë shkallë të vogël. Fatkeqësisht, kuptimi vëzhgues në këtë drejtim nuk ka përparuar ndjeshëm deri më tani.

Në këtë studim, ekipi hulumtues fillimisht arriti të kapte, për herë të parë, rrjedhën e grumbullimit që shkon drejt vrimës së zezë supermasive brenda diskut të gazit me densitet të lartë që shtrihet në disa vite dritë nga qendra galaktike. Identifikimi i kësaj rryme grumbullimi ka qenë prej kohësh një detyrë sfiduese për shkak të shkallës së vogël të rajonit dhe lëvizjeve komplekse të gazit pranë qendrës galaktike.

Megjithatë, në këtë rast, ekipi hulumtues përcaktoi vendndodhjen ku gazi molekular në plan të parë po thithte dritën nga bërthama aktive galaktike që shkëlqen në sfond. Ky identifikim u bë i mundur nëpërmjet vëzhgimeve me rezolucion të lartë me ALMA. Analiza e detajuar zbuloi se ky material thithës po lëviz në drejtim larg nesh. Meqenëse materiali absorbues ekziston gjithmonë midis bërthamës aktive galaktike dhe nesh, kjo tregon se ekipi ka kapur me sukses rrjedhën e grumbullimit drejt bërthamës aktive galaktike.

Për më tepër, ekipi hulumtues ka sqaruar gjithashtu mekanizmin fizik përgjegjës për nxitjen e këtij grumbullimi të gazit. Vetë disku i gazit i vëzhguar shfaqi një forcë gravitacionale aq thelbësore sa që nuk mund të mbahej nga presioni i llogaritur nga lëvizja e diskut të gazit.

Kur krijohet kjo situatë, disku i gazit shembet nën peshën e vet, duke formuar struktura komplekse dhe duke u bërë i paaftë për të mbajtur lëvizje të qëndrueshme në qendrën galaktike. Si rezultat, gazi bie me shpejtësi drejt vrimës së zezë qendrore. Tani ALMA ka zbuluar qartë këtë fenomen fizik të njohur si “paqëndrueshmëri gravitacionale” në zemër të galaktikës.

Përveç kësaj, ky studim ka avancuar ndjeshëm kuptimin sasior të rrjedhave të gazit rreth bërthamës aktive galaktike. Nga dendësia e gazit të vëzhguar dhe shpejtësia e rrjedhës së grumbullimit, mund të llogaritet shpejtësia e grumbullimit me të cilën gazi furnizohet në vrimën e zezë. Çuditërisht, kjo normë u zbulua të jetë 30 herë më e madhe se ajo që kërkohet në të vërtetë për të mbajtur aktivitetin e kësaj bërthame aktive galaktike.

Me fjalë të tjera, shumica e rrjedhës së grumbullimit në shkallën 1-vjeçare drite rreth qendrës galaktike nuk po kontribuonte në rritjen e vrimës së zezë. Pra, ku shkoi ky gaz i tepërt? Ky mister është zbuluar gjithashtu në këtë studim – vëzhgime me ndjeshmëri të lartë të të gjitha gazeve fazore (molekulare, atomike dhe plazma me densitet të mesëm ; që korrespondojnë me rajonet e kuqe, blu dhe rozë në imazhin e parë më lart) me ALMA të zbuluara dalje nga gazi aktiv. bërthama galaktike.

Nëpërmjet analizave sasiore, u zbulua se pjesa më e madhe e gazit që rridhte drejt vrimës së zezë u dëbua si rrjedhje atomike ose molekulare. Megjithatë, për shkak të shpejtësive të tyre të ngadalta, ata nuk mund të shpëtonin nga potenciali gravitacional i vrimës së zezë dhe përfundimisht u kthyen në diskun e gazit. Atje, ato u ricikluan përsëri në një rrjedhë grumbullimi drejt vrimës së zezë, e ngjashme me një shatërvan, duke përfunduar kështu një proces magjepsës të riciklimit të gazit në qendrën galaktike (imazhi i dytë).

Lidhur me arritjet e këtij studimi, Izumi shprehet, “Zbulimi i rrjedhave të grumbullimit dhe daljeve në një rajon vetëm disa vite dritë rreth vrimës së zezë supermasive në rritje aktive, veçanërisht në një gaz shumëfazor, madje edhe deshifrimi i vetë mekanizmit të grumbullimit, janë me të vërtetë monumentale. arritjet në historinë e kërkimit të vrimave të zeza supermasive.”

Duke parë përpara drejt së ardhmes, ai vazhdon: “Për të kuptuar në mënyrë gjithëpërfshirëse rritjen e vrimave të zeza supermasive në historinë kozmike, ne duhet të hetojmë lloje të ndryshme të vrimave të zeza supermasive që ndodhen më larg nesh. Kjo kërkon rezolucion të lartë dhe ndjeshmëri të lartë vëzhgimet, dhe ne kemi pritshmëri të mëdha për përdorimin e mëtejshëm të ALMA-s, si dhe për interferometrat e mëdhenj të radios në gjeneratën e ardhshme.”