Naukowcy ujawniają sekrety wybuchów z okolic czarnych dziur
Należący do National Science Foundation Green Bank Telescope (GBT) ujawnił nowe informacje na temat tajemniczych bąbli radiowych otaczających supermasywną czarną dziurę.
Obserwacje wykonane przez Obserwatorium Rentgenowskie Chandra (lewe zdjęcie) oraz przez instrument MUSTANG-2 (prawe zdjęcie) wyraźnie pokazują ogromne jamy (zaznaczone szarymi okręgami) wydobyte przez potężne dżety radiowe (zielone kontury) wyrzucone z czarnej dziury w centrum gromady galaktyk MS0735. Zielone kontury na obu obrazach pochodzą z obserwacji wykonanych przez system VLA Low-band Ionosphere and Transient Experiment (VLITE).
W nowej pracy badającej gromadę galaktyk MS0735, przyglądamy się jednemu z najbardziej energetycznych wybuchów z supermasywnej czarnej dziury, jakie kiedykolwiek widziano, mówi Jack Orłowski-Scherer, główny autor tej publikacji. Tak się dzieje, gdy nakarmisz czarną dziurę, a ona gwałtownie wyrzuci gigantyczną ilość energii.
Supermasywne czarne dziury znajdują się głęboko w jądrach olbrzymich galaktyk w centrum gromad galaktyk. Wypełnione plazmą atmosfery gromad galaktyk są niewiarygodnie gorące – około 50 milionów stopni Celsjusza – ale zwykle ochładzają się z czasem, pozwalając na formowanie się nowych gwiazd. Czasami jednak czarna dziura podgrzewa otaczający ją gaz poprzez gwałtowne wybuchy, co zapobiega ochłodzeniu i powstawaniu gwiazd, w procesie zwanym sprzężeniem zwrotnym.
Te potężne strumienie rzeźbią ogromne puste przestrzenie w gorącym ośrodku gromady, wypychając ten gorący gaz dalej od centrum gromady i zastępując go emitującymi fale radiowe bąblami. Wyparcie tak dużej objętości gazu wymaga ogromnej ilości energii (kilka procent całkowitej energii cieplnej zawartej w gazie gromady), a zrozumienie, skąd ta energia pochodzi, jest bardzo interesujące dla astrofizyków. Dowiadując się więcej o tym, co pozostaje po wypełnieniu tych ubytków, astronomowie mogą zacząć wnioskować, co je w ogóle wywołało.
Zespół astronomów użył odbiornika MUSTANG-2 na GBT do zobrazowania MS0735 przy użyciu efektu Siuniajewa-Zeldowicza (SZ) subtelnego zniekształcenia mikrofalowego promieniowania tła (CMB) wywołanego rozpraszaniem przez gorące elektrony w gazie gromady. CMB zostało wyemitowane 380 000 lat po Wielkim Wybuchu i jest poświatą powstania naszego Wszechświata 13,8 miliarda lat temu. W okolicach 90 GHz, gdzie MUSTANG-2 prowadzi obserwacje, sygnał efektu SZ mierzy przede wszystkim ciśnienie termiczne.
Dzięki mocy MUSTANG-2 jesteśmy w stanie zajrzeć do tych jam i zacząć dokładnie określać, czym są wypełnione i dlaczego nie zapadają się pod ciśnieniem – mówi Tony Mroczkowski, astronom z Europejskiego Obserwatorium Południowego, który brał udział w tych nowych badaniach.
Nowe odkrycie to najgłębsze jak dotąd obrazowanie efektu SZ o wysokiej wierności stanu termodynamicznego wnęk w gromadzie galaktyk, popierające wcześniejsze odkrycia, że przynajmniej część wsparcia ciśnienia w jamach jest spowodowana źródłami nietermicznymi, takimi jak cząstki relatywistyczne, promienie kosmiczne i turbulencje, a także niewielkim wpływem pól magnetycznych. Wiedzieliśmy, że jest to ekscytujący układ, kiedy badaliśmy radiowe jądro i płaty przy niskich częstotliwościach, ale dopiero teraz zaczynamy dostrzegać pełen obraz, wyjaśnia współautorka Tracy Clarke, astronom z U.S. Naval Research Laboratory i VLITE Project Scientist, która była też współautorką poprzedniego badania radiowego układu.
W przeciwieństwie do wcześniejszych badań, nowe obrazowanie wykonane przez GBT uwzględnia możliwość, że podtrzymywanie ciśnienia wewnątrz bąbli może być bardziej zniuansowane niż wcześniej sądzono, mierząc zarówno składniki termiczne, jak i nietermiczne. Oprócz obserwacji radiowych, zespół wykorzystał istniejące obserwacje z Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra, https://pl.wikipedia.org/wiki/Teleskop_kosmiczny_Chandra które zapewniają uzupełniające spojrzenie na gaz obserwowany przez MUSTANG-2.
Przyszłe obserwacje na wielu częstotliwościach mogą ustalić bardziej precyzyjnie naturę egzotycznej erupcji czarnej dziury. Ta praca pomoże nam lepiej zrozumieć fizykę gromad galaktyk oraz problem sprzężenia zwrotnego przepływu chłodzenia, który od pewnego czasu niepokoi wielu z nas – dodaje Orłowski-Scherer.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
