Analýza dat DESI zpochybňuje teorii o růstu černých děr v centrech galaxií

Nová analýza dat z přístroje Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) přináší zajímavé poznatky o tom, jak černé díry v centrech galaxií rostou a nabírají na hmotnosti. Astronomové prozkoumali 2 435 galaxií s aktivně se krmícími supermasivními černými dírami a mezi nimi identifikovali 546 takzvaných bulgeless galaxií – tedy galaxií s malým nebo zcela chybějícím centrálním hvězdným bulgem, tedy zhuštěním hvězd uprostřed galaktického disku. Studie byla publikována v odborném časopise Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Výsledky ukázaly, že galaxie bez výrazného centrálního bulge dokážou krmit své černé díry stejně efektivně jako galaxie, které tento centrální útvar mají. To je v rozporu s dlouhodobě zastávanou představou, podle níž je růst centrálního bulge úzce spojen s růstem černé díry v jádru galaxie.

Bulge, tedy centrální zhuštění starších hvězd připomínající kulovitý nebo elipsoidní útvar uprostřed galaktického disku, vzniká podle dosavadních teorií především při srážkách a následném splývání galaxií. Během těchto násilných gravitačních interakcí dochází k promíchání hvězd a plynu, což vede jak k nárůstu centrálního bulge, tak k přísunu materiálu do blízkosti centrální černé díry, která tak může rychle narůstat. Tento scénář byl dlouho považován za hlavní mechanismus, jímž supermasivní černé díry získávají svou hmotnost.

Nová data z DESI ale naznačují, že tento model nepopisuje celý obrázek. Pokud by růst černých děr byl skutečně závislý primárně na sloučeních galaxií a s nimi spojeném vzniku bulge, pak by galaxie bez bulge měly vykazovat výrazně nižší míru aktivity svých centrálních černých děr. Místo toho výzkum ukázal, že tyto galaxie krmí své černé díry se srovnatelnou účinností jako galaxie s plně vyvinutým bulgem.

To naznačuje, že černé díry mohou růst i bez nutnosti galaktických srážek a fúzí. Alternativním vysvětlením je, že k přísunu plynu do centrálních oblastí galaxií a následnému krmení černých děr mohou přispívat i jiné procesy – například nestability v samotném galaktickém disku, interakce s menšími satelitními galaxiemi, nebo vnitřní dynamické procesy, které dokážou nasměrovat plyn směrem do centra bez nutnosti velkého slučování hmot.

Pro vznik takto rozsáhlého vzorku dat bylo klíčové právě využití přístroje DESI, který je umístěn na dalekohledu Nicholase U. Mayalla v Arizoně a jehož primárním úkolem je mapovat strukturu vesmíru prostřednictvím měření spektra milionů galaxií a kvasarů. Díky obrovskému množství spektroskopických dat mohli vědci nejen identifikovat galaxie s aktivně se krmícími černými dírami, ale také přesně určit morfologické vlastnosti těchto galaxií, včetně přítomnosti nebo nepřítomnosti centrálního bulge.

Zjištění má širší důsledky pro pochopení toho, jak se supermasivní černé díry vyvíjejí v průběhu kosmické historie. Pokud růst černých děr není bezpodmínečně vázán na proces slučování galaxií a tvorbu bulge, znamená to, že mechanismy zodpovědné za krmení těchto objektů jsou rozmanitější a pravděpodobně i univerzálnější, než se dosud předpokládalo. To by mohlo vysvětlit, proč pozorujeme aktivní černé díry i v galaxiích, které z morfologického hlediska nenesou žádné stopy po nedávných interakcích či srážkách s jinými galaxiemi.

Astronomové nyní plánují další analýzy, které by měly odhalit konkrétní procesy zodpovědné za transport plynu do centrálních oblastí bulgeless galaxií. Mezi možné kandidáty patří gravitační nestability spirálních ramen, přítomnost centrálních tyčí (barů) v disku galaxie, nebo postupná akrece plynu z okolního mezigalaktického prostředí. Další pozorování s využitím DESI i dalších přístrojů by měla pomoci rozlišit mezi těmito scénáři a přinést ucelenější obraz o tom, jak supermasivní černé díry ve skutečnosti rostou napříč různými typy galaxií.