Czym są dżety wyrzucane z czarnych dziur?

Astronomowie przeanalizowali ponad dwie dekady danych z Chandra X-Ray Observatory, aby lepiej poznać dżety czarnych dziur – wysokoenergetyczne cząstki wyrzucane w przestrzeń kosmiczną.

.Nowe badanie szczególności dotyczył wysokoenergetycznego strumienia cząstek wyrzucanych w przestrzeń kosmiczną przez supermasywną czarną dziurę znajdującą się w centrum galaktyki Centaurus A.

Jak tłumaczą naukowcy, dżety są widoczne dla różnych typów teleskopów, w tym tych, które wykrywają fale radiowe, a także zbierających promieniowanie rentgenowskie. Od czasu uruchomienia teleskopu kosmicznego Chandra w 1999 roku, wielu astronomów było szczególnie zainteresowanych niespodziewanie jasnymi sygnałami rentgenowskimi z dżetów. Okazało się jednak, że obserwacje rentgenowskie rejestrują zasadniczo te same cechy, co ich bardziej znane odpowiedniki radiowe, co nie było najbardziej ekscytującym odkryciem.

Dżety to masywne struktury kosmiczne – niektóre z nich są większe niż ich galaktyki macierzyste – które wciąż skrywają wiele tajemnic. Jeśli dżet wygląda tak samo dla różnych instrumentów, nie pomaga to w rozwikłaniu tych astrofizycznych zagadek.

„Kluczem do zrozumienia tego, co dzieje się w dżetach, może być zrozumienie, w jaki sposób różne pasma długości fal śledzą różne części ich środowiska. A teraz mamy taką możliwość” – mówi David Bogensberger z University of Michigan.

Nowe badanie przeprowadzone przez astronomów z University of Michigan i opublikowane w czasopiśmie The Astrophysical Journal, zagłębiają się w różnego rodzaju dane, aby dostrzec subtelne, znaczące różnice między obserwacjami radiowymi i rentgenowskimi.

„Dżet w promieniowaniu rentgenowskim różni się od dżetu w falach radiowych. Dane rentgenowskie tworzą unikalny obraz, którego nie można zobaczyć na żadnej innej długości fali” – tłumaczy Bogensberger.

W nowym badaniu naukowcy przyjrzeli się obserwacjom galaktyki Centaura A przez Chandrę w latach 2000-2022. Naukowcy opracowali w tym celu algorytm, który śledził jasne, nierówne elementy w dżetów, które nazywane są znane jako „węzły” (knots). Analiza tego jak się poruszały pozwoliła astronomom następnie zmierzyć ich prędkość.

Prędkość jednego zaobserwowanego węzła była szczególnie nietypowa. W rzeczywistości wydawało się naukowcom, że porusza się on szybciej niż prędkość światła ze względu na sposób, w jaki widoczny był względem punktu obserwacyjnego Chandra w pobliżu Ziemi. Odległość między węzłem a teleskopem kosmicznym zmniejsza się prawie tak szybko, jak może podróżować światło.

Naukowcy odkryli, że rzeczywista prędkość węzła wynosiła co najmniej 94 proc. prędkości światła. Wcześniej zmierzyli jego prędkość w podobnej lokalizacji za pomocą obserwacji radiowych. Jednak wynik ten wskazywał, że miał on znacznie mniejszą prędkość, około 80 proc. prędkości światła.

„Oznacza to, że węzły radiowe i rentgenowskie poruszają się inaczej” – twierdzi Bogensberger.

Obserwacje radiowe węzłów sugerowały również, że struktury znajdujące się najbliżej czarnej dziury poruszały się najszybciej. Jednak w nowym badaniu astronomowie znaleźli najszybszy węzeł w czymś w rodzaju regionu centralnego – nie najdalej od czarnej dziury, ale też nie najbliżej niej.

„Nadal wiele nie wiemy o tym, jak działają dżety w paśmie rentgenowskim. Podkreśla to potrzebę dalszych badań. Pokazaliśmy nowe podejście do badania dżetów i myślę, że jest jeszcze wiele ciekawej pracy do wykonania” – zaznacza Bogensberger.

.Dżety w Centaurze A są wyjątkowe, ponieważ znajdują się najbliżej ze znanych struktur tego typu, w odległości około 12 milionów lat świetlnych. Ta względna bliskość sprawiła, że była to dobra pierwsza opcja do testów. Jednak cechy takie jak węzły stają się trudniejsze do wykrycia w bardziej odległych dżetach.

Emil Gołoś