Rosnąca poświata w odległej galaktyce może zmienić sposób, w jaki patrzymy na czarne dziury

Supermasywna czarna dziura w sercu galaktyki 1ES 1927+654 nagle pojaśniała prawie stukrotnie mocniej w świetle widzialnym niż zazwyczaj.

Wizja artystyczna odległej galaktyki doświadczającej nagłego wzrostu jasności. Źródło: NASA/Sonoma State University, Aurore Simonnet.

Coś dziwnego dzieje się w galaktyce znanej jako 1ES 1927+654: pod koniec 2017 roku, z powodów, których naukowcy nie potrafili wyjaśnić, supermasywna czarna dziura znajdująca się w sercu tej galaktyki przeszła ogromny kryzys tożsamości. W ciągu kilku miesięcy ten i tak już jasny obiekt, należący do klasy czarnych dziur znanych jako aktywne jądra galaktyk (AGN), nagle stał się dużo jaśniejszy – świecił prawie 100 razy mocniej niż normalnie w świetle widzialnym.

Obecnie międzynarodowy zespół astrofizyków ustalił przyczynę tej zmiany. Wygląda na to, że linie pola magnetycznego przechodzące przez czarną dziurę odwróciły się, powodując gwałtowną, ale krótkotrwałą zmianę właściwości obiektu. To tak, jakby kompasy na Ziemi nagle zaczęły wskazywać południe zamiast północ.

Wyniki badań, opublikowane 5 maja 2022 roku w The Astrophysical Journal, mogą zmienić sposób, w jaki naukowcy patrzą na supermasywne czarne dziury – powiedział współautor pracy, Nicolas Scepi.

Normalnie spodziewalibyśmy się, że czarne dziury będą ewoluować przez miliony lat – powiedział Scepi. Jednak te obiekty, które nazywamy AGN-ami o zmiennym wyglądzie, ewoluują w bardzo krótkim czasie. Ich pola magnetyczne mogą być kluczem do zrozumienia tej szybkiej ewolucji.

Scepi, wraz ze stypendystami JILA Mitchellem Begelmanem i Jasonem Dexterem, po raz pierwszy wysunęli teorię, że takie magnetyczne salto mogło mieć miejsce w 2021 roku.

Nowe badania potwierdzają tę tezę. Zespół kierowany przez Sibasisha Laha z Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA zebrał w nich najbardziej wyczerpujące dane na temat tego odległego obiektu. Zespół wykorzystał obserwacje z siedmiu teleskopów naziemnych i kosmicznych, śledząc przepływ promieniowania z 1ES 1927+654, gdy AGN jaśniał, a następnie przygasał.

Obserwacje te sugerują, że pola magnetyczne supermasywnych czarnych dziur mogą być o wiele bardziej dynamiczne, niż naukowcy sądzili. Begelman zauważył, że to aktywne jądro galaktyki prawdopodobnie nie jest osamotnione.

Jeżeli widzieliśmy to w jednym przypadku, to z pewnością zobaczymy ponownie – powiedział Begelman, profesor na Wydziale Nauk Astrofizycznych i Planetarnych (APS). Teraz wiemy, czego szukać.

Niezwykła czarna dziura
Begelman wyjaśnił, że AGN-y powstają w wyniku najbardziej ekstremalnych zjawisk fizycznych w znanym Wszechświecie.

Potwory te powstają, gdy supermasywne czarne dziury zaczynają wciągać ogromne ilości gazu z otaczających je galaktyk. Materiał ten wiruje coraz szybciej, im bardziej zbliża się do czarnej dziury, tworząc jasny dysk akrecyjny, generujący intensywne i zróżnicowane promieniowanie, które naukowcy mogą obserwować z odległości miliardów lat świetlnych.

Dyski akrecyjne mają również ciekawą właściwość: wytwarzają one silne pola magnetyczne, które owijają się wokół centralnej czarnej dziury i, podobnie jak pole magnetyczne Ziemi, wskazują kierunek, na przykład północ lub południe.

Z Teleskopu Horyzontu Zdarzeń i innych obserwacji wynika, że pola magnetyczne mogą odgrywać kluczową rolę we wpływie gazu na to, jak opada on na czarne dziury – powiedział Dexter, adiunkt w APS.

Może to również wpływać na to, jak jasne jest AGN, takie jak w centrum 1ES 1927+654, widziane przez teleskopy.

W maju 2018 roku wzrost energii tego obiektu osiągnął szczyt, wyrzucając więcej światła widzialnego, ale także wielokrotnie więcej promieniowania ultrafioletowego niż zwykle. Mniej więcej w tym samym czasie emisja promieniowania X przez AGN zaczęła słabnąć.

Zazwyczaj, jeżeli wzrasta poziom UV, wzrasta również poziom promieniowania rentgenowskiego – powiedział Scepi. Ale tutaj UV wzrosło, podczas gdy promieniowanie X znacznie zmalało. To bardzo niezwykłe.

Naukowcy z JILA zaproponowali możliwą odpowiedź na to niezwykłe zachowanie w pracy opublikowanej w zeszłym roku.

Begalman wyjaśnił, że obiekty te nieustannie wciągają gaz z przestrzeni kosmicznej, a część tego gazu niesie ze sobą pola magnetyczne. Jeżeli AGN wciąga pola magnetyczne skierowane w przeciwnym kierunku niż jego własne – na przykład na południe zamiast na północ – to jego własne pole osłabnie.

Według zespołu naukowców, w przypadku tego AGN pole magnetyczne czarnej dziury osłabło tak bardzo, że odwróciło się do góry nogami.

W nowym badaniu naukowcy kierowani przez NASA postanowili zebrać jak najwięcej obserwacji 1ES 1927+654.

Rozbieżność między promieniowaniem UV i rentgenowskim okazała się być palącym dowodem. Astrofizycy podejrzewają, że osłabienie pola magnetycznego spowodowałoby właśnie zmianę w fizyce AGN – przesunięcie dysku akrecyjnego czarnej dziury tak, że wyrzucałby on więcej promieniowania UV i widzialnego, a paradoksalnie mniej promieniowania X. Żadna inna teoria nie mogła wyjaśnić tego, co zaobserwowali naukowcy.

Samo AGN wyciszyło się i wróciło do normalnego stanu latem 2021 roku. Scepi i Begelman postrzegają to zdarzenie jako naturalny eksperyment – sposób na dotarcie w pobliże czarnej dziury, aby dowiedzieć się więcej o tym, w jaki sposób te obiekty napędzają jasne wiązki promieniowania. Te informacje z kolei mogą pomóc naukowcom dowiedzieć się, jakiego rodzaju sygnałów powinni szukać, aby znaleźć więcej dziwnych AGN-ów na nocnym niebie.

Może istnieją podobne zdarzenia, które już zaobserwowano, tylko jeszcze o nich nie wiemy – powiedział Scepi.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Dziwne fale radiowe wyłaniają się z kierunku centrum Galaktyki

Astronomowie potwierdzają istnienie kosmicznej super-pustki, która podważa nasze rozumienie ciemnej energii

Strumień Magellana nad Drogą Mleczną może być pięć razy bliżej niż wcześniej sądzono