Najnowsze obserwacje wykonane przy pomocy satelity rentgenowskiego XMM-Newton wskazują, że ogromna czarna dziura znajdująca się w centrum galaktyki MCG-6-30-15 uwalnia energię.

Czarne dziury to obiekty cieszące się ogromnym zainteresowaniem. Przyczyna leży w ich nietypowych własnościach. Ich gęsto upakowana materia wytwarza tak silne pole grawitacyjne, że nawet światło pędzące z prędkością 300 000 km/s nie jest w stanie go przezwyciężyć.

Czarna dziura może więc pochłonąć wszystko, co napotka na swojej drodze, i nic nie jest w stanie się wydostać z jej wnętrza. Do najmasywniejszych obiektów tego typu należą czarne dziury znajdujące się w centrach aktywnych galaktyk. Ich masy mogą dochodzić nawet do miliardów mas Słońca. Zajmują przy tym obszar porównywalny z rozmiarami Układu Słonecznego.

Czarne dziury najczęściej otacza dysk materii, która, wirując dookoła czarnej dziury, opada na jej powierzchnię. Poruszając się przy tym z ogromnymi prędkościami, rozgrzewa się do temperatury dochodzącej nawet do kilku milionów stopni. Obszary otaczające czarne dziury są przez to silnymi źródłami promieniowania rentgenowskiego.

Czarna dziura znajdująca się w centrum leżącej w odległości 100 mln lat świetlnych galaktyki MCG-6-30-15 stała się celem obserwacji grupy kierowanej przez Jorna Wilmsa z uniwersytetu Eberhard-Karls w Tubingen w Niemczech.

Do obserwacji wykorzystano najnowszego satelitę rentgenowskiego Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) o nazwie XMM-Newton. Jego instrumenty pozwoliły na zaobserwowanie dokładnego kształtu linii widmowych żelaza powstających w najbliższym otoczeniu czarnej dziury. Linie takie były wcześniej obserwowane przez satelitę ASCA, lecz jego zdolność rozdzielcza była mniejsza i nie pozwalała na wyodrębnienie tylu szczegółów, co widma uzyskane przez XMM-Newton.

Okazało się, że energie fotonów dochodzących do nas z obszaru owej linii żelaza są wyraźnie wyższe niż oczekiwano. Wilms dość obrazowo przyrównuje to do odbijania piłeczki kauczukowej od ziemi. Jeśli wiemy, jaką prędkość nadajemy piłeczce i z jakiego materiału jest ona zbudowana, możemy obliczyć, na jaką wysokość się ona odbije. Bylibyśmy więc bardzo zaskoczeni, gdyby okazało się, że piłeczka unosi się dużo wyżej niż to obliczyliśmy. Świadczyłoby to o tym, że skądś pobiera ona dodatkową energię.

Analogiczna sytuacja wystąpiła w przypadku czarnej dziury w MGC-6-30-15. Fotony dochodzące do nas czerpały energię z jakiegoś dodatkowego źródła. Grupa Wilmsa do wyjaśnienia swoich obserwacji użyła stworzonego 25 lat temu modelu Rogera Blandforda i Romana Znajka z Cambridge University.

Model Rogera Blandforda i Romana Znajka zakłada, że szybko rotująca czarna dziura może tracić swoją energię rotacyjną, ale tylko jeśli wytwarza ona dodatkowo silne pole magnetyczne. Energia ta może być przechwycona przez otaczający czarną dziurę gaz, co tłumaczy nadwyżkę energii niesioną przez fotony z linii żelaza.

Astronomowie są bardzo zaintrygowani tymi obserwacjami, jest to bowiem pierwszy bezpośredni dowód obserwacyjny na to, że możemy w jakiś sposób odzyskać energię pochłoniętą przez czarną dziurę. Artykuł dokładnie opisujący obserwacje i wnioski grupy Wilmsa został złożony do druku w liście do brytyjskiego czasopisma “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”

Autor

Marcin Marszałek