Zagadkowa czarna dziura w konstelacji Lwa rośnie jak w zaraniu Wszechświata
Astronomowie znaleźli w naszym kosmicznym sąsiedztwie obiekt, który nie powinien tam istnieć – a przynajmniej nie powinien wyglądać tak, jak wygląda. Supermasywna czarna dziura w centrum galaktyki spiralnej oddalonej o zaledwie 1,8 miliarda lat świetlnych rośnie w tempie i w sposób typowym raczej dla pierwszych miliardów lat istnienia kosmosu. Odkrycie, opisane właśnie w The Astrophysical Journal, daje badaczom rzadką okazję, by z bliska przyjrzeć się procesom, które zwykle obserwuje się dopiero na granicy obserwowalnego Wszechświata.
Sygnał radiowy, który nie powinien trwać latami
Okolice supermasywnych czarnych dziur bywają źródłem krótkotrwałych, gwałtownych rozbłysków promieniowania radiowego – tzw. zjawisk przejściowych, powiązanych z procesami zachodzącymi w ekstremalnych warunkach fizycznych blisko horyzontu zdarzeń. Zwykle takie epizody trwają dni, najwyżej tygodnie, po czym źródło wraca do spokojniejszego stanu.
Galaktyka oznaczona jako SDSS J110546.07+145202.4, leżąca w gwiazdozbiorze Lwa, złamała tę regułę. Międzynarodowy zespół naukowców pod kierunkiem Stefanie Komossy z Instytutu Radioastronomii Maxa Plancka (MPIfR) w Bonn ustalił, że jej jądro świeci wyjątkowo jasno w zakresie radiowym nieprzerwanie od ponad ośmiu lat. Jasność tego promieniowania wzrosła w krótkim czasie ponad dwudziestokrotnie i wciąż nie wykazuje oznak słabnięcia. W szczytowym natężeniu źródło emituje energię odpowiadającą około dziesięciu bilionom (10 kwadrylionów) razy jasności naszego Słońca w paśmie radiowym.
Lekka waga, tempo przyspieszone
Kluczem do zagadki jest sama czarna dziura w centrum galaktyki. W przeciwieństwie do wielu znanych, masywnych jąder aktywnych galaktyk, ta ma stosunkowo niewielką masę – ale pochłania materię z otaczającego ją dysku akrecyjnego w tempie znacznie przekraczającym typowe wartości. To właśnie ta kombinacja – niska masa i błyskawiczny przyrost masy – jest cechą, jakiej astronomowie spodziewają się po czarnych dziurach z pierwszych etapów historii Wszechświata, a nie po obiektach w naszym kosmicznym sąsiedztwie.
„Jasne promieniowanie radiowe pochodzące od szybko rosnących, lekkich czarnych dziur samo w sobie jest rzadkością. Ich przejście w długotrwały, jasny radiowo stan nigdy wcześniej nie było obserwowane” – podkreśla Komossa, autorka wiodąca badania. Zespół połączył nowe obserwacje z danymi archiwalnymi obejmującymi niemal całe widmo elektromagnetyczne – od fal radiowych, przez promieniowanie podczerwone i optyczne, po promieniowanie rentgenowskie. W potwierdzeniu wyjątkowości źródła pomogły m.in. stumetrowy radioteleskop w Effelsbergu oraz australijski interferometr Australia Telescope Compact Array.
Naukowcy podejrzewają, że od kilku lat do czarnej dziury spływa więcej materii niż zwykle, co uruchomiło dżet – wąską, skoncentrowaną strugę cząstek rozpędzonych niemal do prędkości światła, emitującą intensywne promieniowanie radiowe. Dlaczego akurat teraz i dlaczego wybuch trwa tak długo – tego wciąż nie wiadomo.
Lokalne laboratorium wczesnego Wszechświata
To właśnie bliskość SDSS J110546.07+145202.4 czyni ją tak cenną. Podobne, szybko rosnące, niewielkie czarne dziury z jasnymi dżetami astronomowie kojarzą przede wszystkim z pierwszymi galaktykami we wczesnym Wszechświecie – obiektami leżącymi tak daleko, że szczegółowa analiza ich fizyki graniczy z niemożliwością. Tymczasem ta galaktyka, leżąca w naszej kosmicznej okolicy, pozwala prześledzić te same procesy z niespotykaną dotąd precyzją.
„Takie wysokoenergetyczne zjawiska dają astronomom ogromną wiedzę. Obserwując te dżety i wybuchy, możemy badać procesy fizyczne zachodzące w jednych z najbardziej ekstremalnych środowisk we Wszechświecie” – zauważa współautor badania Kovi Rose z Sydney Institute for Astronomy.
Co dalej
Zespół planuje dalsze obserwacje z użyciem interferometru VLBA (Very Long Baseline Array), które powinny pozwolić na dokładne odwzorowanie struktury dżetu i śledzenie ewolucji promieniowania radiowego w kolejnych latach. Naukowcy liczą też na przyszłe radioteleskopy Square Kilometre Array (SKA), dzięki którym będzie można wyszukiwać podobne, długotrwałe radiowe zjawiska przejściowe w kolejnych przeglądach nieba. Jak podsumowuje Komossa, wypełnianie takich luk w wiedzy o wczesnym Wszechświecie jest kluczowe dla zrozumienia, jak w ogóle mogły powstać pierwsze supermasywne czarne dziury.
Źródła
Główne:
- Max Planck Institute for Radio Astronomy, A Nearby Black Hole as a Window into the Early Universe,
- S. Komossa i in., SDSS J110546.07+145202.4: The First Long-duration Radio Changing-look NLS1 Galaxy,
Kontekstowe:
- Australia Telescope National Facility (CSIRO), A black hole window into the early Universe:,
- Phys.org, Long-lived radio outburst from black hole exhibits properties of the early universe
Opracowanie: Agnieszka Nowak
