Radioteleskopy NRAO ujawniają młode strumienie pochodzące z niedawno przebudzonego olbrzyma w odległej gromadzie galaktyk.
 |
| Gromada galaktyk (biała/fioletowa) i jej gorąca atmosfera gazowa (niebieska). Źródło: Univ. of Bologna/F.Ubertosi |
Astronomowie korzystający z radioteleskopów VLBI (Very Long Baseline Array) i VLA (Very Large Array) uchwycili supermasywną czarną dziurę budzącą się z długiego snu, zapewniając bezprecedensowy wgląd w najwcześniejsze etapy aktywności czarnych dziur. Odkrycie to rzuca nowe światło na to, jak te kosmiczne olbrzymy zaczynają wpływać na swoje otoczenie i może pomóc w rozwiązaniu zagadek dotyczących ewolucji galaktyk.
Badania, prowadzone przez Francesco Ubertosi z Uniwersytetu Bolońskiego i Narodowego Instytutu Astrofizyki we Włoszech, koncentrowały się na gromadzie galaktyk CHIPS 1911+4455, znajdującej się około 6 miliardów lat świetlnych od Ziemi. To, co czyni ten układ niezwykłym, to fakt, że jego centralna supermasywna czarna dziura włączyła się dopiero niedawno – w sensie astronomicznym – zaledwie tysiąc lat temu, zaczynając aktywnie pochłaniać materię i emitować strumienie.
To jak obserwowanie budzącego się śpiącego olbrzyma – powiedział Ubertosi, główny autor artykułu. Widzimy tę supermasywną czarną dziurę na samym początku jej fazy aktywnej, zanim zdążyła znacząco zmienić swoje otoczenie. To niezwykle rzadka okazja, aby zbadać obraz sprzężenia zwrotnego czarnej dziury sprzed zmian.
Wykorzystując niezwykłą rozdzielczość VLBA – zdolną do rozróżnienia szczegółów porównywalnych z czytaniem gazety w Los Angeles z Nowego Jorku – zespół odkrył, że strumienie czarnej dziury rozciągają się zaledwie na około 30 parseków (około 100 lat świetlnych) od centralnej czarnej dziury. Może się to wydawać dużo, ale w kategoriach kosmicznych są to strumienie w stadium niemowlęcym. Dla porównania, dojrzałe strumienie czarnych dziur w podobnych układach mogą rozciągać się na dziesiątki tysięcy parseków.
Obserwacje VLBA ujawniły zwarte radioźródło z systematycznymi, dwustronnymi strumieniami wyłaniającymi się z jądra galaktyki. Widmo radiowe ukazuje charakterystyczny, szczytowy kształt, który identyfikuje ją jako bardzo młodą radiogalaktykę, szacowaną na zaledwie około 1000 lat – kosmiczne okamgnienie.
Strumienie są tak młode i małe, że nie zdążyły odepchnąć otaczającego gazu ani zakłócić procesu chłodzenia zachodzącego w jądrze gromady – wyjaśniła współautorka Myriam Gitti, również z Uniwersytetu Bolońskiego. To daje nam unikalne laboratorium do badania, jak powstaje sprzężenie zwrotne czarnych dziur.
Większość badań nad supermasywnymi czarnymi dziurami w gromadach galaktyk koncentruje się na dojrzałych układach, w których czarna dziura jest aktywna od milionów lat, tworząc ogromne bąble emitujące promieniowanie radiowe i ogrzewając otaczający gaz. CHIPS 1911+4455 reprezentuje to, co naukowcy nazywają gromadą przed sprzężeniem zwrotnym – układ, w którym można badać warunki panujące zanim czarna dziura znacząco wpłynie na swoje otoczenie.
Poprzednie badania (Somboonpanyakul i in. 2021) wykazały, że gorący gaz w jądrze gromady charakteryzuje się bardzo niską entropią i krótkim czasem chłodzenia. Uważamy, że to, co obserwujemy, jest niezbitym dowodem na to, jak w ogóle dochodzi do aktywacji supermasywnych czarnych dziur – powiedział współautor Pasquale Temi z Centrum Badawczego NASA Ames. Gaz w jądrze gromady stygnie bardzo efektywnie, potencjalnie dostarczając paliwa, które obudziło tę uśpioną czarną dziurę.
Choć centralna czarna dziura dopiero zaczyna swoją aktywność, otaczająca ją galaktyka jest już wyjątkową fabryką gwiazd. Analiza zespołu jest zgodna z wcześniejszymi badaniami, sugerującymi, że galaktyka formuje gwiazdy w tempie 140-190 mas Słońca rocznie – ponad 100 razy szybciej niż Droga Mleczna. To sprawia, że jest to jedna z najszybciej tworzących gwiazdy znanych galaktyk centralnych gromad.
Co ciekawe, obserwacje radiowe VLA ujawniły rozległe wąsy emisji radiowej, które pokrywają się precyzyjnie z obszarami formowania się gwiazd widocznymi na zdjęciach z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Wąsy widoczne na zdjęciach z VLA są prawdopodobnie zasilane promieniowaniem synchrotronowym z supernowych i masywnych gwiazd, co stanowi niezależne potwierdzenie ogromnego tempa formowania się gwiazd w tej galaktyce.
Odkrycie ma istotne implikacje dla zrozumienia, jak supermasywne czarne dziury i ich galaktyki macierzyste współewoluują. Obecne teorie sugerują, że sprzężenie zwrotne czarnych dziur ma kluczowe znaczenie dla formowania się gwiazd w masywnych galaktykach, ale większość obserwacji dotyczyła układów, w których proces ten jest już dojrzały.
CHIPS 1911+4455 może reprezentować inny rodzaj sprzężenia zwrotnego czarnej dziury – wyjaśnił Ubertosi. W tym przypadku nie tylko długi czas uśpienia czarnej dziury powoduje ochłodzenie – gromada wykazuje również oznaki niedawnego połączenia, które mogło przyspieszyć chłodzenie i pomóc w przebudzeniu czarnej dziury.
Badania wymagały połączenia obserwacji z wielu ośrodków NRAO, aby osiągnąć zarówno czułość, jak i rozdzielczość niezbędną do wykrycia i scharakteryzowania tego młodego radioźródła. Teleskopy VLBA zapewniły ultra wysoką rozdzielczość potrzebną do pomiaru maleńkich strumieni, natomiast VLA zapewnił czułość wymaganą do wykrycia słabej, rozległej emisji z procesów gwiazdotwórczych.
Tego rodzaju odkrycie pokazuje potencjał posiadania wielu uzupełniających się radioteleskopów – powiedział współautor Marcello Giroletti z Włoskiego Narodowego Instytutu Astrofizyki. Nadal działający radioteleskop VLBA daje nam szkło powiększające, pozwalając obserwować strumienie skali parseków, podczas gdy VLA zapewnia szerokokątny obraz, pozwalający zrozumieć szerszy kontekst.
Obserwacje obejmowały pasma częstotliwości od 320 MHz do 5 GHz, co pozwoliło zespołowi na skonstruowanie szczegółowych widm radiowych i potwierdzenie młodego wieku radioźródła.
Zespół planuje kontynuować monitorowanie CHIPS 1911+4455, aby obserwować ewolucję tej młodej czarnej dziury w czasie. Mają również nadzieję zidentyfikować więcej podobnych układów, aby zbudować większą próbkę gromad sprzed sprzężenia zwrotnego.
To odkrycie otwiera nowy sposób badania sprzężenia zwrotnego czarnych dziur – powiedział Ubertisi. Zamiast skupiać się tylko na efekcie końcowym, możemy badać proces w miarę jego rozwoju. To jak podróż w czasie, aby zobaczyć, jak te kosmiczne olbrzymy zaczynają kształtować swoje otoczenie.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Czytaj też:
