Nowe spojrzenie na strumień czarnej dziury
Badania prowadzone przez Uniwersytet Michigan objęły analizę danych z ponad dwóch dekad obserwacji teleskopu Chandra, które wykazały, że wokół czarnych dziur można odkryć nowe, skomplikowane informacje naukowe.
 |
| Obserwatorium rentgenowskie Chandra ujawnia strumień Centaurus A, rozciągający się do lewego górnego rogu obrazu. Źródło: D. Bogensberger i inni |
W szczególności, badania dotyczyły wysokoenergetycznego strumienia cząstek wyrzucanych w przestrzeń kosmiczną przez supermasywną czarną dziurę w centrum galaktyki Centaurus A.
Strumienie są widoczne dla różnych typów teleskopów, w tym tych, które wykrywają fale radiowe i innych, które zbierają promieniowanie rentgenowskie. Od czasu uruchomienia teleskopu Chandra w 1999 roku, wielu astronomów jest szczególnie zainteresowanych niespodziewanie jasnymi sygnałami rentgenowskimi ze strumieni.
Mimo to okazało się, że obserwacje rentgenowskie uchwyciły zasadniczo te same właściwości, co ich bardziej znane odpowiedniki radiowe, co nie jest najbardziej ekscytującym wynikiem.
Strumienie to ogromne struktury kosmiczne – niektóre są większe niż ich galaktyki macierzyste – które wciąż kryją w sobie wiele tajemnic. Jeżeli strumień wygląda tak samo dla różnych instrumentów, nie jest to korzystne dla ludzi pracujących nad rozwikłaniem tych astrofizycznych zagadek.
Kluczem do zrozumienia tego, co dzieje się w strumieniu, może być zrozumienie, w jaki sposób różne pasma długości fal śledzą różne części środowiska – powiedział główny autor David Bogensberger, doktorant na U-M. Teraz mamy taką możliwość.
Nowe badania są najnowszą pozycją w niewielkim, ale rosnącym zbiorze badań, które zagłębiają się w dane, aby dostrzec subtelne, znaczące różnice między obserwacjami radiowymi i rentgenowskimi.
Strumień w promieniowaniu rentgenowskim różni się od strumieni na falach radiowych – powiedział Bogensberger. Dane rentgenowskie tworzą unikalny obraz, którego nie można zobaczyć na żadnej innej długości fali.
Bogensberger i międzynarodowy zespół współpracowników opublikowali swoje odkrycia w czasopiśmie The Astrophysical Journal.
W swoich badaniach zespół przyjrzał się obserwacjom Centaura A przez Chandrę w latach 2000-2022. A dokładniej, Bogensberger opracował w tym celu algorytm komputerowy. Algorytm śledzi jasne, nierówne cechy w strumieniu, które nazywane są węzłami. Śledząc węzły, które poruszały się podczas okresu obserwacji, zespół mógł następnie zmierzyć ich prędkość.
Prędkość jednego węzła była szczególnie niezwykła. W rzeczywistości wydawało się, że porusza się szybciej niż prędkość światła ze względu na sposób, w jaki porusza się w stosunku do punktu obserwacyjnego teleskopu Chandra w pobliżu Ziemi. Odległość między węzłem a teleskopem Chandra zmniejsza się prawie tak szybko, jak światło może podróżować.
Zespół ustalił, że rzeczywista prędkość węzła wynosiła co najmniej 94% prędkości światła. Wcześniej zmierzono prędkość węzła w podobnej lokalizacji za pomocą obserwacji radiowych. Wynik ten wskazywał na znacznie mniejszą prędkość węzła, około 80% prędkości światła.
Oznacza to, że węzły radiowe i rentgenowskie poruszają się inaczej – powiedział Bogensberger.
I nie była to jedyna rzecz, która wyróżniała się z danych.
Na przykład obserwacje radiowe węzłów sugerowały, że struktury znajdujące się najbliżej czarnej dziury poruszają się najszybciej. Jednak w nowym badaniu Bogersberger i jego koledzy znaleźli najszybszy węzeł w czymś w rodzaju środkowego regionu – nie najdalej od czarnej dziury, ale też nie najbliżej niej.
Wciąż wiele nie wiemy o tym, jak działają strumienie w paśmie rentgenowskim. Podkreśla to potrzebę dalszych badań – powiedział Bogensberger. Pokazaliśmy nowe podejście do badania strumieni i myślę, że czeka nas jeszcze wiele interesującej pracy.
Ze swojej strony Bogensberger wykorzysta podejście zespołu do zbadania innych strumieni. Dżet w Centaurus A jest wyjątkowy, ponieważ znajduje się najbliżej ze znanych nam strumieni, w odległości około 12 milionów lat świetlnych.
Ta względna bliskość sprawiła, że była to dobra pierwsza opcja do testowania i walidacji metodologii zespołu. Cechy takie jak węzły stają się trudniejsze do wykrycia w strumieniach, które znajdują się dalej.
Istnieją jednak inne galaktyki, w których można przeprowadzić taką analizę – powiedział Bogensberger. I to właśnie planuję zrobić w następnej kolejności.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
