Nové důkazy z rentgenové observatoře Chandra NASA jsou výzvou pro převládající představy o tom, jak černé díry rostou v centrech galaxií. Astronomové dlouho mysleli, že supermasivní černá díra a boule hvězd ve středu její hostitelské galaxie rostou stejnou rychlostí - čím větší je boule, tím větší je černá díra. Nová studie dat z Chandry však odhalila dvě blízké galaxie se supermasivními černými dírami, které rostou rychleji než samotné galaxie.
Hmota obrovské černé díry ve středu galaxie je obvykle nepatrný zlomek - asi 0,2 procenta - hmoty obsažené v bouli nebo oblasti hustě nabitých hvězd, které ji obklopují. Cíle poslední studie Chandra, galaxie NGC 4342 a NGC 4291, mají černé díry 10krát až 35krát větší, než by měly být porovnány s jejich hrboly. Nová pozorování s Chandrou ukazují, že halos neboli masivní obálky temné hmoty, ve které tyto galaxie sídlí, jsou také nadváhy.
Tato studie naznačuje, že dvě superhmotné černé díry a jejich vývoj jsou spojeny s jejich halou temné hmoty a nevyrostly v tandemu s galaktickými hrboly. V tomto pohledu nejsou černé díry a halo temné hmoty nadváhy, ale celková hmotnost v galaxiích je příliš nízká.
"To nám dává více důkazů o spojitosti mezi dvěma nejzáhadnějšími a nejtemnějšími jevy v astrofyzice - černými dírami a temnou hmotou - v těchto galaxiích," řekl Akos Bogdan z Harvard-Smithsonianova centra pro astrofyziku (CfA) v Cambridge, Massachusetts ., který vedl novou studii.
NGC 4342 a NGC 4291 jsou kosmicky blízko Země, ve vzdálenosti 75 milionů a 85 milionů světelných let. Astronomové z předchozích pozorování věděli, že tyto galaxie jsou hostiteli černých děr s relativně velkými hmotami, ale nejsou si jisti, co je za tento rozdíl odpovědné. Na základě nových pozorování z Chandry jsou však schopni vyloučit jev známý jako přílivové stripování.
Přílivové odizolování nastává, když jsou některé hvězdy galaxie při blízkém setkání s jinou galaxií odstraněny gravitací. Kdyby k takovému odlivu došlo, halo by většinou chybělo. Protože temná hmota se rozprostírá dále od galaxií, je k nim volněji vázána než hvězdy a je pravděpodobnější, že bude stažena pryč.
K vyloučení přílivového odlivu použili astronomové Chandru k hledání důkazů horkého plynu emitujícího rentgenové záření kolem obou galaxií. Protože tlak horkého plynu - odhadovaný z rentgenových snímků - vyrovnává gravitační přitažlivost celé hmoty v galaxii, nová data z Chandry mohou poskytovat informace o halos temné hmoty. Bylo zjištěno, že horký plyn je široce distribuován kolem NGC 4342 a NGC 4291, což znamená, že každá galaxie má neobvykle masivní halo temné hmoty a že přílivové stripování je nepravděpodobné.
"Toto je nejjasnější důkaz, jaký máme v blízkém vesmíru, že černé díry rostou rychleji než jejich hostitelská galaxie," řekl spoluautor Bill Forman, také z CfA. "Není to tak, že by galaxie byly kompromitovány blízkými setkáními, ale místo toho měly nějaký zatčený vývoj."
Jak může hmota černé díry růst rychleji než hvězdná hmota její hostitelské galaxie? Autoři studie naznačují, že velká koncentrace plynu, který se pomalu točí v galaktickém centru, je to, co černá díra spotřebuje velmi brzy ve své historii. Roste rychle, a jak roste, množství plynu, které může akumulovat nebo spolknout, se zvyšuje spolu s energetickým výstupem z narůstání. Jakmile černá díra dosáhne kritického množství, výbuchy poháněné pokračující spotřebou plynu zabraňují ochlazování a omezují produkci nových hvězd.
"Je možné, že supermasivní černá díra dosáhla mohutné velikosti, než bylo v galaxii mnoho hvězd," řekl Bogdan. "To je významná změna v našem způsobu myšlení o tom, jak se galaxie a černé díry vyvíjejí společně."
Výsledky byly představeny 11. června na 220. zasedání Americké astronomické společnosti v Anchorage na Aljašce. Studie byla rovněž přijata k publikování v The Astrophysical Journal.
