Nucleii galactici activi sunt găuri negre supermasive active situate în centrul galaxiilor, care emit fluxuri de materie și vânturi galactice. Telescoapele terestre sau din spațiu detectează aceste emisii de gaze și praf sub formă de radiație electromagnetică, de la raze X și lumină vizibilă până la radiații infraroșii și unde radio. (Prin contrast, găurile negre inactive sau cele liniștite nu emit radiații și rămân nedetectate.)
Termenul formal de „nucleu galactic activ” se aplică și altor obiecte cosmice, cum sunt quasarii (cunoscuți și sub denumirea de galaxii radio), blazarii și galaxiile Seyfert. Diferența dintre aceste tipuri este determinată de distanța lor față de Pământ. Galaxiile Seyfert sunt localizate în apropriere, ceea ce înseamnă că putem observa și studia cu ușurință galaxiile care înconjoară nucleii lor galactici activi. Quasarii sunt obiecte situate la distanță mare față de noi, ale căror nuclei galactici activi sunt înconjurați de alte galaxii, însă lumina emisă de acestea este greu de diferențiat de cea emisă de quasar.
Noțiuni de bază
Unul dintre motivele pentru care cunoaștem atât de multe despre nucleii galactici activi este studierea gazului și prafului care orbitează găurile negre supermasive și care formează discul de acreție al acestora. Particulele din aceste discuri de acreție intră mereu în coliziune, creând căldură și lumină. O parte din materie este ejectată în spațiu de-a lungul liniilor de câmp magnetic incredibil de puternice, formând jeturi și vânturi galactice.
Gazul și praful ejectate din galaxie sub formă de jeturi pot călători mult dincolo de granițele acesteia, însă vânturile călătoresc mai puțin. Atât jeturile de materie, cât și vânturile galactice pot perturba formarea stelelor. Aceste conexiuni dintre găurile negre supermasive active, în special activitățile declanșate de nucleii galactici activi, joacă un rol crucial în înțelegerea originii galaxiilor.
În prezent, deținem o serie de date despre nucleii galactici activi din apropiere sau mai îndepărtați, însă, cu ajutorul Telescopului Spațial James Webb, vom obține imagini de rezoluție mai înaltă din domeniul infraroșu. Acest lucru este esențial din două motive: în cazul țintelor apropiate, lumina infraroșie ne ajută să vedem prin norii de gaze și praf din centrul galaxiilor; în cazul țintelor mai îndepărtate, expansiunea spațiului a dus la deplasarea spre roșu a luminii în timpul călătoriei sale de miliarde de ani până la Pământ – ceea ce face observațiile Telescopului James Webb esențiale, din moment ce ele vor furniza imagini de calitate ale galaxiilor de la începuturile universului.
Ce știm despre nucleii galaxiilor din apropiere?
Galaxiile Seyfert sunt mai apropiate de Pământ, fiind situate, de obicei, la câteva zeci de milioane de ani-lumină, ceea ce însemnă că le putem observa atât nucleii lor galactici activi deosebit de strălucitori, cât și galaxiile din vecinătate. Galaxiile Syfert sunt rezultatul interacțiunilor dintre galaxii. Fie că două sau mai multe galaxii sunt în coliziune, fie o galaxie a interacționat (dar nu a fuzionat) cu o altă galaxie. Aceste interacțiuni pot face ca mai multe gaze și praf să cadă către centrele galaxiilor respective.
Regiunile centrale deosebit de strălucitoare ale galaxiilor Seyfert ascund adesea stelele mult mai puțin strălucitoare din discurile din jurul centrilor galactici, însă observațiile realizate la anumite lungimi de undă au permis oamenilor de știință ce se întâmplă în jurul nucleilor galactici activi. Pe măsură ce puternicii nuclei galactici activi interacționează, ei trimit în spațiu cantități imense de gaz, sub formă de jeturi, în direcții opuse. Aceste jeturi pot călători cu viteze de milioane de kilometri pe oră și pot ajunge dincolo de granițele galaxiilor, creând lobi gigantici ce pot fi detectați în domeniul undelor radio.
Telescopul Spațial James Webb de va ajuta să înțelegem ce se întâmplă în apropierea și în vecinătatea nucleilor galactici activi. De exemplu, galaxia NGC 4151 are în centru a gaură neagră supermasivă activă cu masa de 40 de milioane de ori mai mare decât cea a soarelui nostru. Astronomii vor utiliza telescopul pentru a măsura cu precizie masa găurii negre, ceea ce ne va ajută să înțelegem cum aceasta se hrănește și cum afectează galaxia din jur.
Cum putem studia sursele extrem de îndepărtate?
Atât quasarii, cât și blazarii sunt caracterizați prin două jeturi orientate în direcții opuse. Ei sunt localizați mult mai departe decât galaxiile Seyfert, de obicei la 10 miliarde de ani-lumină față de Pământ. De asemenea, jeturile lor sunt orientate în multe direcții diferite. Jeturile strălucitoare ale quasarilor sunt orientate într-o varietate de unghiuri, în timp ce blazarii (o subclasă de quasari) sunt tot timpul observați cu unul din jeturi orientat către Pământ, iar celălalt orientat în direcția opusă.
Quasarii emit de 100 până la 1.000 de ori mai multă lumină decât o întreagă galaxie cu 100 de miliarde de stele (numărul estimat de stele din Calea Lactee). Blazarii nu sunt atât de strălucitori, dar își pot modifica semnificativ intensitatea strălucirii doar în câteva luni.
Deoarece quasarii sunt atât de îndepărtați, strălucirea lor puternică ascunde galaxiile din jurul lor. În plus, distanța față de Pământ înseamnă că lumina pe care o observăm a călătorit miliarde de ani pentru a ajunge la noi, deci noi vedem un instantaneu al galaxiilor din momentul în care s-au format în urmă cu miliarde de ani. Pentru a complica și mai mult lucrurile, dovezile arată că unii quasari sunt două sau mai multe galaxii aflate în coliziune, ceea ce înseamnă că ei ar putea avea mai mult de un nucleu galactic activ.
În ciuda tuturor acestor lucruri, quasarii par a nu perturba prea mult galaxiile în care se află. În schimb, oamenii de știință au observat că, deși jeturile și vânturile produse de nucleii galactici activi încălzesc gazele reci din galaxii, fapt care oprește temporare formarea stelelor, gazele se răcesc apoi și formarea stelelor se reia. Din moment ce galaxiile din jurul lor par a rămâne intacte, quasarii ar putea fi doar un fenomen cu durată scurtă.
Sursa: Webbtelescope.org