Большие черные дыры, которые находятся в центре галактик, могут быть голодными животными. Но что заставляет этот газ и пыль последние несколько световых лет в пасть этих сверхмассивных черных дыр?
Предполагается, что слияние галактик нарушает газ и пыль в галактике и вынуждает вещество попадать в непосредственную окрестность черной дыры. То есть, до недавнего исследования 140 галактик, в которых размещены активные галактические ядра (AGN) - другое название активных черных дыр в центре галактик - не было убедительных доказательств того, что многие из галактик, содержащих эти AGN, не имеют признаков прошлых слияний.
Исследование было выполнено международной командой астрономов. Маурисио Систернас из Института астрономии им. Макса Планка и его команда использовали данные 140 галактик, полученные с помощью рентгеновской обсерватории XMM-Newton. Галактики, которые они взяли на пробу, имели красное смещение между z = 0,3 - 1, что означает, что они находятся на расстоянии примерно от 4 до 8 миллиардов световых лет (и, следовательно, свет, который мы видим от них, имеет возраст около 4-8 миллиардов лет).
Тем не менее, они не просто смотрели на изображения рассматриваемых галактик; может появиться уклон в сторону классификации тех галактик, которые показывают, что активные ядра более искажены от слияний. Скорее, они создали «контрольную группу» галактик, используя изображения неактивных галактик с тем же красным смещением, что и у галактик-хозяев AGN. Они взяли изображения из Обзора космической эволюции (COSMOS), обзора большой области неба в нескольких длинах волн света. Поскольку эти галактики были из того же красного смещения, что и те, которые они хотели изучить, они показывают ту же стадию эволюции галактики. Всего в их сравнительной выборке было 1264 галактики.
Способ, которым они разработали исследование, включал принцип науки, который обычно не используется в области астрономии: слепое исследование. У Систернаса и его команды было 9 сравнительных галактик - которые не содержали AGN - одного и того же красного смещения для каждой из их 140 галактик, которые имели признаки наличия активного ядра.
Затем они удалили все признаки яркого активного ядра на изображении. Это означает, что галактики в их выборке из 140 галактик с AGN по существу появиться даже обученному глазу как галактике без явных признаков AGN. Затем они представили контрольные галактики и измененные изображения AGN десяти различным астрономам и попросили их классифицировать их как «искаженные», «умеренно искаженные» или «неискаженные».
Поскольку размер их выборки был довольно управляемым, а искажения во многих галактиках были бы слишком тонкими для распознавания компьютером, человеческий мозг, ищущий шаблоны, был их предпочтительным инструментом анализа изображений. Это может показаться знакомым - нечто подобное делается с огромным успехом с людьми, которые являются любителями галактических классификаторов в Galaxy Zoo.
Когда галактика сливается с другой галактикой, слияние искажает ее форму способами, которые можно идентифицировать - она деформирует нормально гладкую эллиптическую галактику, и, если галактика представляет собой спираль, руки кажутся немного «раскрученными». Если бы это было так, что галактические слияния являются наиболее вероятной причиной AGN, то те галактики с активным ядром были бы более вероятны, чтобы показать искажение от этого прошлого слияния.
Команда прошла через этот процесс, чтобы ослепить исследование, чтобы устранить любые отклонения, которые будут иметь те, кто смотрит на изображения, в сторону классификации AGN как более искаженного. Имея как достаточно большой размер выборки галактик, так и устраняя любые смещения при анализе изображений, они надеялись окончательно показать, существует ли корреляция между AGN и слияниями.
Результат? Те галактики с активным галактическим ядром в целом не показали большего искажения, чем те галактики в сравнительной выборке. Как утверждают авторы в статье, «слияния и взаимодействия с участием хозяев AGN не являются доминирующими и происходят не чаще, чем для неактивных галактик».
Это означает, что астрономы не могут указывать на галактические слияния как главную причину AGN. Исследование показало, что по крайней мере 75% создания AGN - по крайней мере, в течение последних 4-8 миллиардов лет - должно быть из источников, отличных от галактических слияний. Вероятные кандидаты на эти источники включают: «галактическое преследование», те галактики, которые не сталкиваются, но подходят достаточно близко, чтобы оказывать гравитационное влияние друг на друга; нестабильность центральной планки в галактике; или столкновение гигантских молекулярных облаков внутри галактики.
Знание того, что AGN не вызваны в значительной степени галактическими слияниями, поможет астрономам лучше понять образование и эволюцию галактик. Активные ядра в галактиках, в которых они находятся, сильно влияют на формирование галактик. Этот процесс называется «обратной связью AGN», и механизмы и эффекты, возникающие в результате взаимодействия между потоком энергии из AGN и окружающим материалом в центре галактики, все еще остаются горячей темой для изучения астрономии.
Слияния в более отдаленном прошлом, чем 8 миллиардов лет, все же могут коррелировать с AGN - это исследование только исключает определенную группу этих галактик - и это вопрос, который команда планирует предпринять в следующем, в ожидании исследований космического телескопа Хаббла и космический телескоп Джеймса Уэбба. Их исследование будет опубликовано в выпуске Astrophysical Journal от 10 января, а предварительная версия доступна на Arxiv.
Источник: пресс-релиз HST, Институт астрономии им. Макса Планка, Arxiv paper
