Astronomii ar putea avea în sfârșit dovezi într-un caz cosmic nerezolvat: de ce cele mai mari galaxii din univers lipsesc atât de multe stele. Noi date de la Misiunea de Imagistică și Spectroscopie cu Raze X (XRISM) sugerează că găurile negre supermasive sunt vinovatele, suflând gazul necesar formării stelelor.

Modelele actuale prevăd că cele mai masive galaxii ar trebui să fie pline de masă stelară, dar observațiile arată un deficit semnificativ. Xin "Cindy" Xiang, studentă la doctorat la Universitatea din Michigan, a folosit date XRISM pentru a investiga o explicație principală și a găsit dovezi care indică direct găurile negre.

Majoritatea oamenilor știu găurile negre ca obiecte a căror gravitație este atât de puternică încât nici lumina nu poate scăpa. Cu toate acestea, găurile negre pot crea și regiuni extrem de luminoase în jurul lor. Pe măsură ce gazul și praful se învârt în spirală spre interior, ele formează un disc de acreție care emite cantități enorme de energie, inclusiv raze X puternice.

Discurile de acreție sunt printre cele mai energetice medii din univers. Materialul care cade spre gaura neagră este încălzit de gravitație și frecare până când devine o plasmă intens fierbinte. În același timp, discul poate lansa fluxuri puternice de materie.

Aceste vânturi pot fi suficient de puternice pentru a mătura gazul dintr-o galaxie. Deoarece gazul este materia primă necesară pentru a face stele noi, astfel de fluxuri ar putea reduce semnificativ formarea viitoare de stele.

Datele de la XRISM susțin această posibilitate. Misiunea este condusă de Agenția Japoneză de Explorare Aerospațială în parteneriat cu NASA și Agenția Spațială Europeană.

"Anterior, fără XRISM, puteam vedea doar caracteristici largi ale fluxurilor," a spus Xiang. "Dar trebuie să poți rezolva caracteristici fine pentru a răspunde la întrebări importante. Care este structura și geometria lor? Cum sunt lansate vânturile și când sunt lansate?"

Lansat în 2023, XRISM a început observațiile științifice în toamna anului 2024. Rezoluția sa energetică este de aproximativ 10 ori mai bună decât cea a predecesorului său, permițând astronomilor să examineze mediile găurilor negre în mult mai multe detalii.

Xiang și colaboratorii săi s-au concentrat pe NGC 4151, o galaxie luminoasă situată la puțin peste 50 de milioane de ani-lumină de Pământ. În centrul său se află un nucleu galactic activ (AGN), unde o gaură neagră supermasivă consumă activ material și generează un disc de acreție luminos. Acest lucru face din NGC 4151 un laborator ideal pentru studierea fluxurilor generate de găurile negre.

"Cu XRISM, avem cea mai mare rezoluție observând cel mai strălucitor AGN și obținem cele mai bogate informații despre fluxurile pe care le-am observat până acum pentru un disc de acreție," a spus Xiang.

Lucrând alături de profesorul de astronomie de la Universitatea din Michigan, Jon Miller, Xiang a arătat anterior că vânturile de la discul de acreție al NGC 4151 pot atinge viteze suficient de mari pentru a ejecta material din sistem. De asemenea, a identificat mecanismul probabil care conduce aceste fluxuri - acționarea magnetocentrifugală, similară cu ceea ce declanșează erupțiile solare.

La cea de-a 248-a reuniune a Societății Americane de Astronomie din Pasadena, California, Xiang a prezentat o nouă metodă pentru a determina când vânturile puternice ale NGC 4151 sunt active. Abordarea ar putea ajuta cercetătorii să identifice fluxuri similare în alte galaxii și să îmbunătățească înțelegerea AGN-urilor din întregul univers.

Deoarece vânturile AGN se pot schimba dramatic în timp, Xiang avea nevoie de o modalitate de a identifica când au avut loc cele mai rapide și mai puternice fluxuri. Pentru a face acest lucru, a analizat sute de zile de observații XRISM ale NGC 4151.

Munca sa s-a concentrat pe perioadele în care emisia de raze X a galaxiei s-a luminat în erupții și pe modul în care semnalul de raze X a evoluat în orele următoare.

Pe lângă măsurarea luminozității, Xiang a studiat dacă razele X detectate erau relativ dure sau moi, o proprietate comparabilă cu culoarea în lumina vizibilă. A combinat aceste măsurători într-o nouă metrică numită indicele de intensitate a culorii. Miller a sugerat scurtarea numelui la "cindicitate."

"Parțial pentru că mă numesc Cindy," a spus Xiang. "Dar ideea este că, în viitor, ai putea să-mi spui cindicitatea sursei tale în acest moment."