Supermasywne czarne dziury o masie do miliardów razy większej od masy Słońca ukrywają się w centrach większości galaktyk. Oprócz żerowania na pobliskich gazach i pyłach niektóre z nich wypuszczają ogromne strumienie plazmy, które przyćmiewają nie tylko swoje źródło, ale również całą galaktykę, w której przebywają. Mechanika tych dżetów, obejmująca także dokładne miejsce ich emisji, wciąż nie jest dobrze zrozumiana. Obserwacje takie jak te przeprowadzone niedawno z wykorzystaniem naziemnych i kosmicznych teleskopów radiowych, pomogą rozwiązać zagadki otaczające te robiące wrażenie struktury.

Artykuł napisała Paulina Jarosz.

Pier Raffaele Platania INAF/IRA (złożenie); ASC Lebedev Institute (obraz RadioAstron)

Zdjęcie pokazuje, jak ziemski i kosmiczny radioteleskop (po lewej) łączą się, aby obserwować niewielki obszar otaczający supermasywną czarną dziurę (po prawej). Na obrazie radiowym czarna dziura jest zlokalizowana w jasnej zielonożółtej plamie na górze; młody dżet wystrzeliwuje na odległość około 3 lat świetlnych od czarnej dziury.

W artykule zamieszczonym drugiego kwietnia w Nature Astronomy międzynarodowy zespół astronomów opublikował rezultaty obserwacji dżetów otaczających czarną dziurę w galaktyce NGC 1275, znajdującą się w gromadzie galaktyk w konstelacji Perseusza oddalonej o 230 milionów lat świetlnych. Galaktyka ta, znana również jako Perseusz A lub 3C 84, jest sklasyfikowana jako galaktyka Seyferta, co oznacza, że zawiera w sobie „aktywną” czarną dziurę aktualnie pochłaniającą otaczającą ją materię. Czarna dziura znajduje się we wczesnym stadium generowania masywnych dżetów, które zostały teraz mapowane do długości 12 dni świetlnych mierzonej od miejsca ich pochodzenia. Jest to kilkusetna wielokrotność promienia samej dziury (jeden dzień świetlny to około 26 miliardów kilometrów).

To, co odkryli naukowcy, zaskoczyło ich. Według słów głównej autorki publikacji, Gabriele Giovannini, okazało się, że obserwowana szerokość dżetów była znacząco większa, niż przewidywały obecnie uznawane modele, zakładające, że dżety są wypuszczane z ergosfery czarnej dziury – obszaru przestrzeni wirującego wokół obracającej się czarnej dziury. Odkrycie może oznaczać, że przynajmniej zewnętrzna część dżetów jest emitowana z dysku akreacyjnego otaczającego czarną dziurę.

MesserWoland

Diagram pokazuje horyzont zdarzeń (czerwony) i ergosferę (szaroniebieska) wokół wirującej czarnej dziury, co rozwleka czasoprzestrzeń wzdłuż toru wyznaczanym przez obrót. Obszar ten jest zlokalizowany na zewnątrz horyzontu zdarzeń, dlatego cząstki w ergosferze mogą uciec spod oddziaływania czarnej dziury, jeżeli osiągną wystarczającą energię, taką, jaką mają, wtedy gdy dżet jest emitowany.

Otrzymane obrazy wykorzystują technikę zwaną interferometrią wielkoobrazową (w skrócie VLBI – very long baseline interferometry). Polega ona na połączeniu kilku teleskopów radiowych tak, aby móc prowadzić obserwacje za pomocą „wirtualnego talerza” o średnicy tak dużej, jak duża jest odległość pomiędzy teleskopami. W tym przypadku zespół naukowców połączył naziemny teleskop radiowy z rosyjskim radioteleskopem o średnicy 10 metrów okrążającym Ziemię w ramach projektu RadioAstron. W ten sposób uzyskano wirtualny radioteleskop o średnicy ponad 350 000 km, równej niemalże odległości dzielącej Ziemię i Księżyc.

Im większy jest radioteleskop, tym dokładniej można zaobserwować nim szczegóły. Umożliwia to astronomom przybliżanie rejonu czarnej dziury galaktyki NGC 1275 w celu poszukiwania wskazówek na temat miejsca formowania się dżetów. Otrzymane w rezultacie obrazy są 10 razy dokładniejsze od jakichkolwiek obrazów uzyskanych z wykorzystaniem wyłącznie naziemnych teleskopów. Ta sama technika była stosowana przez Event Horizon Telescope w zeszłym roku w celu zobrazowania cienia supermasywnej czarnej dziury na jej dysku akrecyjnym; astronomowie z niecierpliwością oczekują wyników, które powinny być ogłoszone jeszcze w tym roku.

Pomimo że obserwacje nie pokrywają się dokładnie z przewidywaniami, wyniki jeszcze nie falsyfikują obecnych modeli, zakładających emitowanie dżetów z ergosfery, ale dają teoretykom wgląd w strukturę dżetów w pobliżu ich źródła i podpowiadają jak rozbudować modele.

Jest to dopiero druga obserwacja dżetów wykonana w tak dokładnym przybliżeniu. Do tej pory tak szczegółowo obserwowano tylko jedną galaktykę – M87, jednak dżety w M87 są dużo starsze, co może być przyczyną różnic pomiędzy nimi a dżetami z NGC 1275. Według naukowców emisja dżetu z NGC 1275 została wznowiona ponad dekadę temu i aktualnie dżet nadal się formuje, co zapewnia wyjątkową okazję śledzenia rozwoju dżetu od samego początku.

NASA, ESA, NRAO, L. Frattare , G. Taylor, A. Fabian

Galaktyka NGC 1275 zawiera czarną dziurę, której dżety zostały zobrazowane w tym badaniu. Powyższy złożony obraz ukazuje szczegóły z obserwacji radiowych, optycznych i rentgenowskich. Fioletowe promieniowanie rentgena rozdziela się na płaty blisko najjaśniejszej części galaktyki, w której znajduje się młode radiowe dżety czarnej dziury.

Source :

Astronomy

Autor

Redakcja AstroNETu
Redakcja AstroNETu