Pamiętacie słynny obraz czarnej dziury w galaktyce M87? To nie koniec ekscytujących informacji z tego regionu, astronomowie przyglądają się nadal temu obiektowi i zauważyli kilka interesujących zjawisk.
Pod koniec kwietnia dwa tysiące dwudziestego trzeciego roku międzynarodowy zespół naukowców opublikował wyniki wieloletnich obserwacji galaktyki M87. Postęp w prowadzeniu obserwacji w tej dziedzinie jest coraz większy i tym razem, po raz pierwszy w historii badaczom udało się zobrazować jednocześnie cień supermasywnej czarnej dziury i potężny dżet materii wyrzucany przez nią w przestrzeń kosmiczną.
Naukowcy od dawna próbują zrozumieć mechanizmy odpowiedzialne za powstawanie dżetów emitowanych przez supermasywne czarne dziury. Jest to dość skomplikowane i wciąż nie do końca wyjaśnione zjawisko, dlatego zanim przejdziemy do omówienia wyników badań, żeby łatwiej zrozumieć o czym w ogóle rozmawiamy, postaram się w prosty sposób objaśnić wam czym według naszego obecnego stanu wiedzy są dżety.
Patronite
Zostań Patronem Astrofazy! Pomóż rozwijać projekt i zyskaj dostęp do bonusowych treści!Pierwszy przypadek zaobserwowany został już ponad sto lat temu, dokładnie w roku tysiąc dziewięćset osiemnastym przez amerykańskiego astronoma Hebera Curtisa. Odkrył on wówczas jasny promień świetlny połączony z jądrem galaktyki w znajdującej się w gromadzie Panny właśnie w galaktyce M87. Jest to ekstremalne zjawisko astronomiczne, w którym wypływająca z relatywistycznymi prędkościami zjonizowana materia emitowana jest w postaci długiej wiązki wzdłuż osi obrotu obiektu. Jeden z najdłuższych odkrytych jak dotąd dżetów pochodzi z kwazara oznaczonego jako PKS 0637-752 i ma on długość około półtora miliona lat świetlnych. Całkiem sporo, biorąc pod uwagę, że jest to piętnaście razy więcej niż wynosi średnica całej Drogi Mlecznej.
Do powstania dżetu dochodzi w momencie gdy na obiekt opada zjonizowana materia. Następnie, ta opadająca materia rotuje tworząc dysk akrecyjny, a dżety wyrzucane są prostopadle z jego środka. Obiekty astronomiczne, przy których zaobserwowano dżety to przede wszystkim czarne dziury znajdujące się w galaktykach aktywnych, kwazary, młode gwiazdy oraz gwiazdy symbiotyczne czy gwiazdy neutronowe.
Dżety emitują promieniowanie w całym zakresie widma. Począwszy od radiowego i optycznego aż po rentgenowskie oraz gamma. Jest to w głównej mierze promieniowanie synchrotronowe, czyli promieniowanie elektromagnetyczne o charakterze nietermicznym, emitowane przez elektrony poruszające się wzdłuż linii sił pola magnetycznego. Prędkości elektronów muszą być silnie relatywistyczne, a co za tym idzie musi istnieć mechanizm ich przyspieszania. Niestety tego mechanizmu nie udało się jeszcze w pełni wyjaśnić. Jeśli zaś chodzi o siłę wyrzucająca dżety to pochodzi ona najprawdopodobniej ze skręconych linii pola magnetycznego. Nie ma jednak pewności, co do źródła pochodzenia tego pola. Może nim być na przykład sama czarna dziura lub też jakaś część dysku akrecyjnego.
Na najnowszym zdjęciu astronomowie uchwycili czarną dziurę w centrum galaktyki Messier 87, znajdującej się około pięćdziesiąt trzy miliony lat świetlnych od nas. Jest to najmasywniejszy i najjaśniejszy obiekt w gwiazdozbiorze Panny, a czarna dziura znajdująca się w jej centrum jest aż sześć i pół miliarda bardziej masywna od Słońca.
Wysokoenergetyczny dżet materii emitowany z czarnej dziury rozciąga się na odległość pięciu tysięcy lat świetlnych. Zdjęcie jest pierwszym obserwacyjnym dowodem pokazującym podstawę dżetu łączącą się z dyskiem akrecyjnym czarnej dziury, czyli obłokiem materii emitującym promieniowanie, gdy ta jest zasysana do wnętrza czarnej dziury.
Potężne oddziaływanie grawitacyjne supermasywnej czarnej dziury powoduje, że materia wiruje wokół niej z prędkościami zbliżającymi się do prędkości światła. To z kolei powoduje, że gazowo-pyłowy obłok nagrzewa się i zaczyna świecić, co najlepiej widoczne jest oczywiście na legendarnym już obrazie uzyskanym dzięki Event Horizon Telescope w roku dwa tysiące dziewiętnastym.
Na najnowszym obrazie M87 widać, że w centrum tego świecącego złotego pierścienia panuje całkowita ciemność. Jest to nic innego niż cień supermasywnej czarnej dziury. Czym nowy obraz różni się od tego sprzed czterech lat? Otóż pokazuje ten region w dłuższych falach, a to wpływa bezpośrednio na to, co astronomowie mogą odczytać ze zdjęcia.
ALMA czyli Atacama Large Millimeter/submilimeter Array, jeden z największych obecnie projektów astronomiczny, to innowacyjny teleskop złożony z sześćdziesięciu sześciu anten o wysokiej precyzji zlokalizowanych na wysokości imponujących pięciu tysięcy metrów w północnym Chile. W komplecie z GLT i GMVA, na które składa się łącznie czternaście radioteleskopów rozlokowanych w Europie i Ameryce Północnej, pozwoliło astronomom na wykorzystanie procesu zwanego interferometrią do synchronizacji sygnałów z poszczególnych teleskopów, by następnie zobrazować cień czarnej dziury i jednoczesnego uzyskać wgląd w emisję dżetów materii.
Naukowcy zastosowali nowe metody obrazowania, które pozwoliły im osiągnąć wyższą rozdzielczość kątową. Dokonali tego poprzez porównanie zdjęć z usunięciem i bez usunięcia zewnętrznej emisji dżetu, aby uzyskać miarodajną ocenę parametrów struktury rdzenia czarnej dziury.
Pierwsze obserwacje z EHT potwierdziły, że jasność akreującej czarnej dziury M87 znajduje się nisko w granicy Eddingtona. Jest to pojęcie określające obserwowaną jasność akreujących czarnych dziur, według tego założenia cała energia uwolniona w wyniku akrecji nie musi być widoczna, ponieważ część energii może wpadać pod horyzont zdarzeń, “w dół dziury”. W efekcie, takie źródła mogą nie zachowywać energii. Na podstawie tych badań modelowano widmowy rozkład energii i morfologię struktury w skali horyzontu, zakładając, że emisja jest zdominowana albo przez dżet, albo przez przepływ akrecyjny.
W roku dwa tysiące dziewiętnastym gdy uchwycony został pierwszy obraz supermasywnej czarnej dziury M87, teleskopy wykrywały światło o długości fali równej jeden i trzy dziesiąte milimetra. Tym razem obserwacje prowadzono na fali długości trzech i pół milimetra, co ujawniło więcej plazmy w pierścieniu – jego średnica jest nawet o pięćdziesiąt procent większa na nowym obrazie niż na oryginalnym. Na tej podstawie oszacowano, że M87 pochłania materię o wiele szybciej niż wcześniej sądzono.
Alan Marscher, współautor badania i astrofizyk z Uniwersytetu Bostońskiego wysnuł teorię, jakoby pole magnetyczne wytwarzane przez materiał wirujący wokół czarnej dziury mogły napędzać dżety, ale to, jak dokładnie powstają, jest wciąż pytaniem, na które starają się odpowiedzieć. Swoją rolę w powstaniu zjawiska najprawdopodobniej odegrały też wiatry generowane z dysku akrecyjnego. Ogółem rzecz biorąc, niewiadomych jest wciąż całkiem sporo.
Jak podkreśla szef Obserwatorium Green Bank, Toney Minter, te badania po raz pierwszy pokazały, gdzie powstaje dżet. Wcześniej istniały różne teorie na temat tego, skąd mogą pochodzić, ale tym razem mamy obserwacyjne potwierdzenie, że energia z pól magnetycznych i wiatrów z dysku akrecyjnego działają razem.
To oczywiście nie jest jeszcze koniec badań. Naukowcy planują dalej obserwować galaktykę M87 na różnych długościach fali, aby dowiedzieć się jak najwięcej o dżetach materii wyrzucanych przez supermasywne czarne dziury.
Najnowsze filmy
Na koniec jeszcze małe wyjaśnienie, bo wiele osób zastanawia się dlaczego głównym obiektem badań jest odległa o dziesiątki milionów lat świetlnych M87, a nie Sagittarius A* w naszej własnej galaktyce? Przecież jest dużo bliżej.
Otóż od samego początku projektu, zespół miał dwa cele. Pierwszym z nich była właśnie nasza rodzima supermasywna czarna dziura, a drugim obiektem była M87. Pewnie większość z nas obstawiłby, że to ta, która jest bliżej nas będzie tą, którą zobaczymy jako pierwszą. Tak się jednak nie stało. Niestety pomimo znacznie bliższej odległości jest też znacznie trudniejsza do zobrazowania. Z racji mniejszej masy, a co za tym idzie wielkości, jej szybkiego w porównaniu do m87 rotowania i mocnego zapylenia centrum galaktyki obserwacje tego obszaru są bardzo utrudnione. Jak już na pewno zdążyliście zauważyć, zobrazowanie czarnej dziury nie należy do najprostszych zadań. Nie emitują przecież fotonów więc zrobienie im bezpośredniego zdjęcia jest niemożliwe. Zamiast tego naukowcy muszą się naprawdę mocno nagimnastykować i przyjrzeć ich otoczeniu, gazowi i pyłowi, czy pobliskim gwiazdom.
