Jak wygląda otoczenie supermasywnych czarnych dziur?
Astronomowie wskazują, że otoczenie supermasywnych czarnych dziur jest niezwykle burzliwie, co jest spowodowane wpływem tych niezwykle gęstych obiektów na pobliską materię.
.Jak wskazują naukowcy, ogromne czarne dziury zamieszkują centra praktycznie każdej galaktyki, w tym również Drogi Mlecznej, ale dotychczas ich dokładny wpływ na otoczenie nie był znany. Aby się tego dowiedzieć, astronomowie z University of Chicago wykorzystali dane z niedawno wystrzelonego satelity, aby uzyskać najdokładniejszy jak dotąd obraz niezwykle gorącego gazu otaczającego dwie supermasywne czarne dziury, znajdujących się w centrum gromad galaktyk. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Nature”.
„Po raz pierwszy udało nam się bezpośrednio zmierzyć energię kinetyczną gazu poruszanego przez czarną dziurę. To tak, jakby każda supermasywna czarna dziura znajdowała się w centrum burzy, którą sama wywołała” – mówi Annie Heinrich z University of Chicago.
Analizowane dane pochodziły z satelity XRISM, który został wystrzelony w 2023 roku przez Japońską Agencję Kosmiczną we współpracy z NASA i Europejską Agencją Kosmiczną. Posiada on unikalną zdolność śledzenia ruchów i odczytywania składu chemicznego niezwykle gorącego gazu emitującego promieniowanie rentgenowskie w gromadach galaktyk
„XRISM pozwolił nam jednoznacznie odróżnić ruchy gazu napędzane przez czarną dziurę od tych spowodowanych innymi procesami kosmicznymi, co wcześniej było niemożliwe” –twierdzi Congyao Zhang z Masaryk University.
Supermasywne czarne dziury od lat fascynują naukowców, a szczególne sposób ich szczególny sposób „pochłaniania materii”, ponieważ gdy gwiazdy i gaz są przyciągane w kierunku horyzontu zdarzeń tych obiektów, jednocześnie z okolic ich biegunów wyrzucane są strumienie cząstek energetycznych z prędkością bliską prędkości światła. Strumienie te mogą wpływać na gaz i wprowadzać ogromne ilości energii do obszaru otaczającego czarną dziurę. Wpływ ten rozciąga się daleko poza najbliższe kosmiczne okolice, sięgając setek tysięcy lat świetlnych.
Astronomowie od dawna podejrzewają, że czarne dziury odgrywają ważną rolę w kształtowaniu galaktyk, zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz gromad galaktyk, regulując tempo powstawania gwiazd. Szczegóły tego procesu są nadal niejasne, ale mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia ewolucji galaktyk.
Niektóre dowody na wpływ supermasywnych czarnych dziur na otaczający je gaz były już wcześniej widoczne na zdjęciach rentgenowskich. Były to jednak tylko statyczne obrazy dynamicznego procesu. Satelita XRISM pozwolił naukowcom lepiej zrozumieć wpływ tych obiektów na otoczenie poprzez precyzyjny pomiar energii promieniowania rentgenowskiego pochodzącego z otaczającego je gorącego gazu.
Każdy element gazu emituje światło o określonej energii, niczym atomowy odcisk palca, który wykrywa XRISM. Kształt tych śladów informuje naukowców o prędkości, z jaką porusza się gaz.
„Przed pojawieniem się XRISM mogliśmy jedynie oglądać statyczny obraz burzy. Teraz możemy zmierzyć prędkość cyklonu” – podkreśla Annie Heinrich.
Część nowego badania skupiała się na Gromadzie w Pannie, najbliższej Ziemi gromadzie galaktyk, w której znajduje się znana supermasywna czarna dziura oznaczona jako M87*. Bliskość całej struktury pozwoliło XRISM „powiększyć” stosunkowo niewielki obszar wokół czarnej dziury. Jak opisują badacze, dane ujawniły najsilniejsze turbulencje wokół tego typu obiektów, jakie kiedykolwiek zmierzono w gromadzie galaktyk – szybsze nawet niż te obserwowane podczas łączenia się gromad galaktyk, które są jednymi z najbardziej gwałtownych zjawisk kosmicznych od czasu Wielkiego Wybuchu.
„Prędkości są największe w pobliżu czarnej dziury i bardzo szybko maleją wraz z odległością. Najszybsze ruchy są prawdopodobnie wynikiem połączenia turbulencji i fali uderzeniowej wyrzucanego gazu, a oba te czynniki są wynikiem oddziaływania czarnej dziury” – tłumaczy Hannah McCall z University of Chicago.
Naukowcy przyjrzeli się również gromadzie w Perseuszu, najjaśniej w spektrum promieniowania rentgenowskiego gromadzie galaktyk widocznej z Ziemi. Jej jasność pozwoliła astronomom na sporządzenie mapy ruchu gazu zarówno w bezpośrednim sąsiedztwie centrum struktury, jak i nieco dalej. Dzięki czemu zaobserwowali wyraźny wzrost prędkości napędzany przez czarną dziurę, który nie był powiązany z ruchem gazu na dużą skalę, napędzanym przez inne zdarzenie – gromada ta obecnie łączy się z łańcuchem galaktyk.
Obserwacje te pomagają badaczom lepiej zrozumieć, jak wygląda otoczenie supermasywnych czarnych dziur i jak formują się gwiazdy w ich pobliżu. Astronomowie wskazują, że w centrach tych dużych gromad galaktyk jest mniej gwiazd niż można by się tego spodziewać. Jednym z potencjalnych wyjaśnień może ciepło pochodzące z gazu otaczającego czarne dziury. Według nowych danych, gdyby energia ruchu gazu została w całości przekształcona w ciepło, wystarczyłoby to, aby zrównoważyć szybkie ochładzanie materiału, które napędza proces powstawania gwiazd, co skutkowałoby zwolnionym tempem powstawania nowych obiektów.
.W miarę jak XRISM nadal gromadzi dane, naukowcy mają nadzieję dowiedzieć się więcej na temat związku między czarnymi dziurami a ich galaktykami, w tym na to, jak ta interakcja zmienia się w czasie, jak gwałtownie te gęste obiekty dostarczają energię do swojego otoczenia i jak ta jest przekształcana w ciepło.
Oprac. EG
