Przebudzenie supermasywnej czarnej dziury

Zdjęcie w tle: ESA

W centrach większości galaktyk znajdują się supermasywne czarne dziury (o masie milionów mas Słońca). Jednak ich natura – polegająca na tym, że nie emitują światła i oddziałują z otoczeniem głównie poprzez grawitację – sprawia, że ich obserwacja i badanie stanowią ogromne wyzwanie. Choć często wyobrażamy sobie czarne dziury jako nieustannie pochłaniające materię, wiele z nich potrafi pozostawać w stanie uśpienia przez całe dziesięciolecia, wcale nie gromadząc wtedy dużo materiału.

Tak właśnie było w przypadku czarnej dziury w sercu galaktyki SDSS1335+0728, oddalonej od nas 300 milionów lat świetlnych. Pierwszy alarm nastąpił, gdy w grudniu 2019 r. w niepozornej wcześniej galaktyce w gwiazdozbiorze Panny wykryto nagły wzrost jasności, utrzymujący się do dziś. Po kilku latach obserwacji naukowcy stwierdzili, że tajemnicze rozjaśnienie bierze się z wejścia w fazę aktywną czarnej dziury, którą nazwano Ansky.

Supermasywne czarne dziury charakteryzują się emitowaniem promieniowania rentgenowskiego w równych odstępach czasu, co jest znane jako erupcje quasi-periodyczne (QPE, ang. quasi-periodic eruptions). Chociaż te wybuchy były już obserwowane u innych znanych czarnych dziur, zachowanie tej konkretnej uznano za nietypowe i trudne do wyjaśnienia. Jej wybuchy są 10 razy dłuższe i 10 razy jaśniejsze od typowych.

„Każda z tych erupcji uwalnia sto razy więcej energii niż widzieliśmy gdzie indziej. Erupcje Ansky wykazują również najdłuższy rytm, jaki kiedykolwiek zaobserwowano, wynoszący około 4,5 dnia. To przekracza granice naszych modeli i podważa nasze obecne pomysły na temat tego, jak generowane są te błyski rentgenowskie”, mówi astrofizyk Joheen Charkaborty z Instytutu Technologicznego Massachusetts.

ESA

Wizja przedstawiająca ciało niebieskie pobudzające strumień energii obok supermasywnej czarnej dziury.

Kiedy w 2019 r. wykryto rozbłysk, rozpoczęto obserwacje Ansky za pomocą należącego do NASA kosmicznego teleskopu rentgenowskiego Swift, oraz sprawdzono pomiary z archiwum teleskopów naziemnych i kosmicznych. Wtedy jednak nie stwierdzono jeszcze, że czarna dziura emituje promieniowanie rentgenowskie. Serie QPE pierwszy raz zauważono dopiero w lutym 2024 r. Naukowcy odkryli, że jasność galaktyki wzrosła dwukrotnie w zakresie promieniowania podczerwonego, czterokrotnie w zakresie ultrafioletu, a dziesięciokrotnie w zakresie promieniowania rentgenowskiego. Ilość energii uwalnianej przez Ansky podczas rozbłysków została wyliczona dzięki kosmicznemu teleskopowi XMM-Newton, który jest wystarczająco czuły, by wykryć słabe promieniowanie między rozbłyskami. Przyczyna tak nadzwyczajnego zachowania pozostaje nieznana, jednak dalsze badania nad Ansky mogą przyczynić się do lepszego zrozumienia ewolucji czarnych dziur.

Obecnie przyjmuje się, że najbardziej prawdopodobnym mechanizmem wywołującym QPE jest oddziaływanie grawitacyjne zwartego obiektu – takiego jak gwiazda lub mniejsza czarna dziura – z materią znajdującą się w dysku akrecyjnym supermasywnej czarnej dziury. W trakcie takiej interakcji dochodzi do rozerwania obiektu i okresowego wzrostu jasności, prawdopodobnie na skutek nagłego zasilania czarnej dziury dodatkową porcją materii. W przypadku Ansky nie ma dowodów, że została zniszczona gwiazda, co zmusza badaczy do poszukiwania innych możliwości. Aktualna teoria zakłada, że rozbłyski mogą być wynikiem wysokoenergetycznych wstrząsów w dysku akrecyjnym, utworzonym z gazu przechwyconego przez czarną dziurę. Wstrząsy te powstają, gdy niewielkie ciało niebieskie wielokrotnie zakłóca materię znajdującą się w tym dysku. Możliwy jest też związek regularnych wybuchów z falami grawitacyjnymi, co dokładnie potwierdzi startująca w 2035 r. europejska misja LISA, która ma wykrywać fale grawitacyjne z dokładnością większą niż kiedykolwiek.

Naukowcy podkreślają, że mamy do czynienia z wyjątkową okazją – po raz pierwszy udało się zaobserwować tak intensywne i dynamiczne zjawiska w czarnej dziurze, która dopiero „budzi się” z długotrwałego okresu uśpienia. Dotychczas nie zarejestrowano podobnych procesów, co czyni tę obserwację przełomową. Dzięki niej możliwe jest śledzenie na bieżąco, jak czarna dziura przechodzi od fazy spoczynku do stanu wzmożonego pochłaniania materii – a to rzuca nowe światło na mechanizmy rządzące ich ewolucją.

Korekta – Matylda Kołomyjec

The post Przebudzenie supermasywnej czarnej dziury first appeared on AstroNET – Polski Portal Astronomiczny.