Długo naświetlane zdjęcia wielkiej galaktyki eliptycznej M87 wykonane przez satelitarne obserwatorium rentgenowskie Chandra, w połączeniu z obserwacjami w zakresie radiowym, dostarczyły dowodów gwałtownych rozbłysków powtarzających się w pobliżu położonej w centrum obiektu supermasywnej czarnej dziury. Obdarzone polem magnetycznym pierścienie, bąble, smugi i dżety o rozmiarach od kilku do kilkuset tysięcy lat świetlnych wskazują na wysoką aktywność trwającą przez setki milionów lat.

Gorący, emitujący promieniowanie rentgenowskie gaz rozciąga się na setki tysięcy lat świetlnych wokół M87 i jest zapisem epizodów aktywności czarnej dziury” – powiedział Paul Nulsen z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) w Cambridge, autor pracy na ten temat opublikowanej w piśmie Astrophysical Journal. “Dzięki szczegółowym obserwacjom zaczynamy rozumieć w jaki sposób centralna, supermasywna czarna dziura przesyła ogromne ilości energii do rozległych, otaczających ją obszarów“.

M87, położona w środku gromady galaktyk Virgo (Panna), otoczona jest rozległą atmosferą złożoną z gazu o temperaturze wielu milionów stopni. Zdjęcia Chandry pozwoliły astronomom bardziej szczegółowo przyjrzeć się strukturom obserwowanym już wcześniej przez ten teleskop raz inne urządzenia rejestrujące promieniowanie X. Możliwe też stało się porównanie wyników z obserwacjami wykonanymi w zakresie radiowym i śledzenie obecności wysokoenergetycznych elektronów poruszających się w polu magnetycznym.

Pojawił się obraz, w którym materia opadająca w kierunku supermasywnej czarnej dziury tworzy następnie obdarzony polem magnetycznym dżet wysokoenergetycznych cząstek wystrzeliwujących z okolic centrum galaktyki prawie z prędkością światła. Kiedy dżet uderza w otaczający galaktykę gaz, tworzą się bąble cząstek o wysokiej energii tworzące rozszerzającą się falę uderzeniową.

Zbliżenie centrum galaktyki M87 ukazujące w szczegółach otoczenie dżetu wysokoenergetycznych cząstek. Dżet zwrócony jest prawie w kierunku obserwatora, prostopadle do płaszczyzny zdjęcia.

Na zdjęciach M87 wykonanych przez Chandrę, centralny rejon galaktyki zdominowany jest przez promieniowanie X pochodzące z dżetu. Uważa się, że jest on skierowany pod małym kątem względem kierunku naszych obserwacji. Jasne łuki wokół ciemnych przerw w emisji rentgenowskiej to gaz zmieciony przez bąble tworzące się kilka milionów lat temu (pamiętać należy o tym, że M87 znajduje się 50 milionów lat świetlnych od Ziemi). Bąble, unoszące się niczym gorące powietrze nad ogniskiem, w obrazach radiowych okazują się być jasnymi obszarami. Alternatywna interpretacja, przedstawiona w Astrophysical Journal Letters z 1 czerwca 2004 roku przez Hua Feng z Uniwersytetu Tsinghau w Chinach i jego współpracowaników mówi, że pierścienie są falami uderzeniowymi otaczającymi dżet i widocznymi w projekcji.

Zdjęcie przetworzone w celu uwypuklenia słabo widocznych szczegółów ukazuje dwa okrągłe pierścienie o promieniach 45 i 55 tysięcy lat świetlnych. To prawdopodobnie fale dźwiękowe stworzone czasie poprzednich wybuchów, odpowiednio 10 i 14 milionów lat temu. Bardzo słabo widoczny łuk o jeszcze większych rozmiarach liczy sobie prawdopodobnie około 100 milionów lat.

Smugi rozciągające się od lewego górnego do prawego dolnego rogu pokazują w jaki sposób centralna czarna dziura może wpłynąć na wygląd galaktyki nawet w znacznej od siebie odległości. Ramię górne lewe rozciąga się na przeszło 75 tysięcy lat świetlnych od centrum galaktyki, a prawe dolne na ponad 100 tysięcy. Uważa się, że ramiona te są zbudowane z gazu wyniesionego z centrum galaktyki przez rozszerzające się bąble powstałe w wyniku rozbłysków dziesiątki milionów lat temu.

Rosnąca ilość dowodów płynąca z innych gromad galaktyk sugeruje, że epizodyczne rozbłyski supermasywnych czarnych dziur są powszechnymi zjawiskami. W ich wyniku powstają dżety i bąble wysokoenergetycznych cząstek oraz potężne fale dźwiękowe. Powstaje w ten sposób samoregulujący się system. Gaz wokół czarnej dziury ochładza się i opada na nią. W wyniku tego powstaje rozbłysk, który na kilka milionów lat blokuje opadanie materii. Później cykl zaczyna się od nowa. Przyczyny rozbłysków mogą tez być znacznie bardziej dramatyczne – na przykład pochłonięcie mniejszej galaktyki połączone ze zlaniem się ich czarnych dziur.

Rezultaty grupy Nulsena i innych uczonych z CfA oparte były na 40-godzinnych obserwacjach Chandry (urządzenie Advanced CCD Imaging Spectrometer).

Autor

Michał Matraszek