Chandra widzi zaskakująco silny strumień czarnej dziury w kosmiczne południe
Czarna dziura wyrzuciła w odległym Wszechświecie zaskakująco silny strumień. Strumień ten istnieje na tyle wcześnie w kosmosie, że jest oświetlany przez pozostałość po Wielkim Wybuchu.
 |
| Ilustracja przedstawia strumień gazu wystrzeliwującego z supermasywnej czarnej dziury. Źródło: Promieniowanie X: NASA/CXC/CfA/J. Maithil i inni; Ilustracja: NASA/CXC/SAO/M. Weiss; Obróbka obrazu: NASA/CXC/SAO/N. Wolk |
Astronomowie wykorzystali Obserwatorium Rentgenowskie Chandra i Very Large Array (VLA), aby zbadać tę czarną dziurę i jej strumień w okresie nazywanym kosmicznym południem, które miało miejsce około trzech miliardów lat po powstaniu Wszechświata. W tym czasie większość galaktyk i supermasywnych czarnych dziur rosła szybciej niż w jakimkolwiek innym czasie w historii Wszechświata.
Naukowcy mogą wykorzystać ten strumień do zadania pytań o to, w jaki sposób czarne dziury mogły ukształtować swoje otoczenie w tej krytycznej erze w historii kosmosu.
Odkryliśmy, że niektóre czarne dziury mogą mieć większą siłę na tym etapie Wszechświata, niż myśleliśmy – powiedziała Jaya Maithil z Centrum Astrofizyki Harvard & Smithsonian (CfA), główna autorka artykułu.
Maithil i jej koledzy zidentyfikowali, a następnie potwierdzili istnienie dwóch różnych czarnych dziur ze strumieniami o długości ponad 300 000 lat świetlnych. Obie czarne dziury znajdują się w odległości odpowiednio 11,6 miliarda i 11,7 miliarda lat świetlnych od Ziemi.
Dzięki niezrównanej rozdzielczości rentgenowskiej, Chandra był w stanie wykryć te strumienie pomimo ich ogromnych odległości i małego oddzielenie od jasnych kwazarów - powiedział współautor Dan Schwartz, również z CfA. Promieniowanie rentgenowskie to kosmiczne fotony mikrofalowe wzmocnione milion razy przez elektrony przyspieszone przez supermasywną czarną dziurę.
Gdy elektrony w strumieniach wylatywały z czarnych dziur, przemieszczały się przez morze mikrofalowego promieniowania tła (CMB) i zderzały się z fotonami wytwarzając mikrofale. CMB było wówczas znacznie gęstsze niż obecnie. Zderzenia te zwiększają energię fotonów do pasma rentgenowskiego, które jest wykrywane przez Chandrę.
Zespół wykorzystał również VLA, aby lepiej zrozumieć właściwości strumieni. Odkryli, że podczas gdy strumienie wykryte przez Chandrę pokrywają się z ogólną emisją radiową obserwowaną w danych VLA, nie widać ciągłego strumienia radiowego odpowiadającego długości strumienia rentgenowskiego. Różnica ta ma sens, ponieważ elektrony wytwarzające fale radiowe nie trwają tak długo, jak elektrony wytwarzające promieniowanie rentgenowskie poprzez interakcje z CMB, więc spodziewana jest zwiększona emisja promieniowania rentgenowskiego, ale niekoniecznie emisja radiowa.
Łącząc dane rentgenowskie i radiowe, naukowcy obliczyli, że strumienie poruszają się z prędkością od 95% do 99% prędkości światła dla jednego strumienia (nazwanego J1405+0415) i od 92% do 98% prędkości światła dla drugiego (J1610+1811).
Strumienie te poruszają się tak szybko, że przekraczają absolutną granicę prędkości fizyki – prędkość światła – powiedziała współautorka Aneta Siemiginowska, również z CfA.
Oprócz prędkości obu strumieni, Maithal i jej zespół byli również w stanie zmierzyć ich pola magnetyczne i stwierdzili, że są one typowe dla strumieni wytwarzających promieniowanie rentgenowskie poprzez interakcję z CMB. Obliczyli również, w jakim kierunku zwrócone są strumienie, korzystając z danych rentgenowskich i radiowych. Doszli do wniosku, że oba są odchylone pod kątem zaledwie około 10 stopni od kierunku prosto na Ziemię.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
