Przejdź do głównej zawartości

Wykryto echa radiowe pochodzące od czarnej dziury żywiącej się gwiazdą

Wykryte sygnały radiowe sugerują, że czarna dziura emituje strumień energii proporcjonalny do materii gwiazdowej, którą pochłania.


11 listopada 2014 r. globalna sieć teleskopów odebrała sygnały z odległości 300 mln lat świetlnych od nas, rozbłysk powstały wskutek rozerwania pływowego – wybuch promieniowania elektromagnetycznego, który pojawia się, gdy czarna dziura rozrywa gwiazdę przechodzącą w jej pobliżu. Od czasu odkrycia astronomowie wykorzystywali swoje teleskopy do badania tego rzadkiego zjawiska, aby dowiedzieć się więcej o tym, w jaki sposób czarne dziury pochłaniają materię i regulują wzrost galaktyk.

Naukowcy z MIT oraz Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa wykryli sygnały radiowe ze zdarzenia, które bardzo dokładnie odpowiada sygnałom promieniowania rentgenowskiego pochodzącym z tego samego błysku 13 dni wcześniej. Naukowcy uważają, że te radiowe „echa”, które w ponad 90% przypominają sygnały rentgenowskie z tamtego zdarzenia, są czymś więcej niż przypadkowym zbiegiem okoliczności. Wydają się być dowodem na gigantyczny strumień wysokoenergetycznych cząstek wypływających z otoczenia czarnej dziury, na którą opada gwiezdna materia. 

Dheeraj Pasham, badacz z Instytutu Kavli MIT mówi, że podobne wzorce sugerują, że moc strumienia emitowanego z czarnej dziury jest w jakiś sposób kontrolowana przez tempo, w jakim czarna dziura pożera rozerwaną gwiazdę.

Pasham dodaje także, że naukowcy podejrzewali, że dżety czarnych dziur zasilane są tempem ich akrecji, ale nigdy nie byli w stanie zaobserwować tego związku w obrębie pojedynczego zdarzenia. Można to zaobserwować tylko w chwili, gdy początkowo czarna dziura nie jest aktywna a potem pojawi się w jej pobliżu gwiazda, którą ona rozerwie i pochłonie, otrzymując ogromne ilości paliwa. To dobra okazja aby zbadać takie zjawisko od samego początku.

Opierając się na modelach teoretycznych ewolucji czarnych dziur, w połączeniu z obserwacjami odległych galaktyk, naukowcy mają ogólne rozeznanie w tym, co dzieje się podczas rozerwania gwiazdy: gdy gwiazda zbliża się do czarnej dziury, grawitacja tejże generuje siły pływowe w gwieździe, podobnie jak Księżyc na fale w ziemskich oceanach.

Jednak oddziaływanie grawitacyjne czarnej dziury jest tak silne, że potrafi rozciągnąć gwiazdę i spłaszczyć jak naleśnik, ostatecznie rozrywając ją na kawałki. W efekcie fragmenty rozerwanej gwiazdy opadają i zostają uwięzione w dysku akrecyjnym otaczającym czarną dziurę.

Cały ten proces emituje kolosalne rozbłyski energii w całym spektrum promieniowania elektromagnetycznego. Naukowcy obserwują takie rozbłyski w widmie optycznym, ultrafioletowym i rentgenowskim, a także od czasu do czasu w na falach radiowych. Uważa się, że źródłem emisji promieni X jest ultra-gorąca materia w najbardziej wewnętrznych obszarach dysku akrecyjnego. Promieniowanie ultrafioletowe i optyczne pochodzi prawdopodobnie z odleglejszych obszarów dysku, które ostatecznie także zostaną wciągnięte przez czarną dziurę.

Jednak to, co jest źródłem promieniowania radiowego powstającego podczas rozrywania gwiazdy jak na razie pozostaje tematem dyskusji. 

Niektórzy naukowcy przypuszczają, że tuż po wybuchu gwiazdy fala uderzeniowa rozprzestrzenia się na zewnątrz wzbudzając cząsteczki plazmy w otaczającym ją ośrodku międzygwiezdnym, w procesie emitującym fale radiowe. Jednak w takim przypadku wzorzec emitowanych fal radiowych wyglądałby diametralnie różnie od wzorca promieni rentgenowskich wytwarzanych przez opadające na czarną dziurę odłamki gwiazdy.  

„To, co udało nam się odkryć, zasadniczo podważa tę teorię” – mówi Pasham.

Pasham i jego kolega van Velzen przejrzeli dane dotyczące rozbłysku pochodzącego z pływowego rozerwania gwiazdy odkrytego w 2014 roku przez globalną sieć teleskopów ASASSN (All-sky Automated Survey for Supernovae). Wkrótce po wstępnym odkryciu, liczne teleskopy obserwujące niebo skupiły się na tym zjawisku, które astronomowie nazwali ASASSN-14li. Pasham i van Velzen przeanalizowali dane radiowe z trzech teleskopów obejmujące okres 180 dni wokół momentu odkrycia.

Analizując zebrane dane radiowe naukowcy odkryli wyraźne podobieństwo do wzorów zaobserwowanych wcześniej wśród danych rentgenowskich z tego samego zdarzenia. Kiedy dopasowali dane radiowe do danych rentgenowskich i przesunęli je na osi czasu aby porównać ich podobieństwa, stwierdzili, że dane są identyczne w 90% po przesunięciu o 13 dni.

Jedyne możliwe wytłumaczenie jest takie, że mamy do czynienia z procesem fizycznym, który łączy obydwa te obszary emitujące promieniowanie X i radiowe.

Z tych samych danych wynika, że Pasham i van Velzen obliczyli, że rozmiar obszaru emitującego promieniowanie rentgenowskie był 25 razy większy, niż Słońce, podczas gdy obszar emitujący fale radiowe był 400 000 razy większy od promienia Słońca. Nie jest to przypadek. Najwidoczniej istnieje związek pomiędzy tym małym obszarem rentgenowskim a rozległym obszarem emitującym fale radiowe. 

Zespół sugeruje, że fale radiowe zostały wytworzone przez strumień wysokoenergetycznych cząstek, które zaczęły wypływać z otoczenia czarnej dziury krótko po tym, jak ta zaczęła pochłaniać materię z rozerwanej gwiazdy. Ponieważ obszar dżetu, w którym po raz pierwszy powstały fale radiowe był niesamowicie gęsty, większość z nich została natychmiast pochłonięta przez inne elektrony.

Dopiero gdy elektrony zaczęły się przemieszczać wraz ze strumieniem, fale radiowe mogły uciec, emitując sygnał, który wykryli naukowcy. Wynika z tego, że moc strumienia musi być kontrolowana  przez tempo akrecji, lub prędkość, z jaką czarna dziura pożera fragmenty gwiazdy emitując promieniowanie rentgenowskie.

Ostatecznie wyniki mogą pomóc naukowcom lepiej scharakteryzować fizykę zachowań dżetów – niezbędny składnik w modelowaniu ewolucji galaktyk. Uważa się, że galaktyki rosną poprzez tworzenie nowych gwiazd, a proces ten wymaga niskich temperatur. Kiedy czarna dziura emituje strumień cząstek, w gruncie rzeczy rozgrzewa otaczającą ją galaktykę, czasowo zatrzymując tworzenie się gwiazd. Nowe spojrzenie zespołu na powstawanie dżetów i akrecję czarnych dziur może pomóc uprościć modele ewolucji galaktyk.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Wykryto największą eksplozję w historii Wszechświata

Naukowcy badający odległą gromadę galaktyk odkryli największą eksplozję obserwowaną we Wszechświecie od czasów Wielkiego Wybuchu. Wybuch pochodził z supermasywnej czarnej dziury w centrum odległej o setki milionów lat świetlnych stąd galaktyki. W trakcie eksplozji zostało uwolnione pięć razy więcej energii, niż przy poprzednim ówczesnym najpotężniejszym wybuchu. Astronomowie dokonali tego odkrycia przy użyciu danych z obserwatorium rentgenowskiego Chandra i XMM-Newton, a także danych radiowych z Murchison Widefield Array (MWA) w Australii i Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) w Indiach. Ten potężny wybuch został wykryty w gromadzie galaktyk Ophiuchus, która znajduje się około 390 mln lat świetlnych stąd. Gromady galaktyk to największe struktury we Wszechświecie utrzymywane razem przez grawitację, zawierające tysiące pojedynczych galaktyk, ciemną materię i gorący gaz. W centrum gromady Ophiuchus znajduje się duża galaktyka zawierająca supermasywną czarną dziurę.

Odkryto najbliższą znaną „olbrzymią planetę niemowlęcą”

Nowonarodzona masywna planeta znajduje się zaledwie 100 parseków od Ziemi. Naukowcy odkryli nowonarodzoną masywną planetę bliższą Ziemi niż jakikolwiek tego typu obiekt w podobnym wieku. Olbrzymia niemowlęca planeta, nazwana 2MASS 1155-7919 b, znajduje się w asocjacji Epsilon Chamaeleontis i leży tylko około 330 lat świetlnych od naszego Układu Słonecznego. „Ciemny, chłodny obiekt, który znaleźliśmy, jest bardzo młody i ma zaledwie 10 mas Jowisza, co oznacza, że prawdopodobnie patrzymy na planetę niemowlęcą, być może wciąż w fazie formowania się. Chociaż zostało odkrytych wiele innych planet podczas misji Kepler i innych podobnych, prawie wszystkie z nich są planetami ‘starymi’. Obiekt ten jest jednocześnie czwartym lub piątym przykładem planety olbrzymiej krążącej tak daleko od swojej gwiazdy macierzystej. Teoretycy usiłują wyjaśnić, w jaki sposób się tam uformowały lub jak tam dotarły” – powiedziała Annie Dickson-Vandervelde, główna autorka pracy. Do odkrycia naukowc

Czy rozwiązano tajemnicę ekspansji Wszechświata?

Badacz z Uniwersytetu Genewskiego rozwiązał naukową kontrowersję dotyczącą tempa ekspansji Wszechświata, sugerując, że na dużą skalę nie jest ono całkowicie jednorodne. Ziemia, Układ Słoneczny, cała Droga Mleczna i kilka tysięcy najbliższych nam galaktyk porusza się w ogromnym „bąblu” o średnicy 250 mln lat świetlnych, gdzie średnia gęstość materii jest o połowę mniejsza niż w pozostałej części Wszechświata. Taka jest hipoteza wysunięta przez fizyka teoretyka z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE) jako rozwiązanie zagadki, która od dziesięcioleci dzieli społeczność naukową: z jaką prędkością rozszerza się Wszechświat? Do tej pory co najmniej dwie niezależne metody obliczeniowe osiągnęły dwie wartości różniące się o około 10% z odchyleniem, które jest statystycznie nie do pogodzenia. Nowe podejście usuwa tę rozbieżność bez korzystania z „nowej fizyki”. Wszechświat rozszerza się od czasu Wielkiego Wybuchu, który miał miejsce 13,8 mld lat temu – propozycja po raz pierwszy przeds