Astronomowie ujawnili, że supermasywna czarna dziura obserwowana przez teleskop Chandra nie spełnia pokładanych w niej nadziei.
Chociaż jest odpowiedzialna za wysoki poziom promieniowania i potężne strumienie, ta gigantyczna czarna dziura nie jest tak wpływowa, jak wiele jej odpowiedników w innych galaktykach.
W najnowszych badaniach przeprowadzonych za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra przyjrzano się najbliższemu Ziemi kwazarowi znajdującemu się w gromadzie galaktyk. Kwazary to rzadka i ekstremalna klasa supermasywnych czarnych dziur, które gwałtownie pochłaniają materię do wewnątrz, emitując intensywne promieniowanie oraz czasami potężne strumienie energii. Ten nowo zbadany kwazar, znany jako H1821+643, jest oddalony o około 3,4 miliarda lat świetlnych od Ziemi i zawiera czarną dziurę o masie około cztery miliardy razy większej od masy Słońca.
Większość rosnących supermasywnych czarnych dziur pochłania materię wolniej niż te w kwazarach. Astronomowie zbadali wpływ tych bardziej powszechnych czarnych dziur, obserwując je w centrach gromad galaktyk. Regularne erupcje tych czarnych dziur przeciwdziałają ochładzaniu gazu w ich otoczeniu, co ogranicza tworzenie się nowych gwiazd w galaktykach macierzystych oraz ilość materiału zasilającego czarną dziurę.
Znacznie mniej wiadomo na temat wpływu kwazarów w gromadach galaktyk na ich otoczenie.
Odkryliśmy, że kwazar objęty naszymi badaniami najwyraźniej utracił znaczną część kontroli narzuconej przez wolniej rosnące czarne dziury – powiedziała Helen Russell z Uniwersytetu Nottingham w Wielkiej Brytanii, która kierowała nowym badaniem. Apetyt czarnej dziury nie jest równy jej wpływowi.
Aby dojść do tego wniosku, zespół wykorzystał Chandra do zbadania gorącego gazu, którym spowite są H1821+643 i jego galaktyka macierzysta. Jasne promieniowanie rentgenowskie z kwazara utrudniało jednak badanie słabszego promieniowania rentgenowskiego z gorącego gazu.
Musieliśmy ostrożnie usunąć odblaski rentgenowskie, aby ujawnić wpływ czarnej dziury – powiedział współautor Paul Nulsen z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian. Mogliśmy wtedy zobaczyć, że w rzeczywistości ma ona niewielki wpływ na swoje otoczenie.
Korzystając z Chandry, zespół odkrył, że gęstość gazu w pobliżu czarnej dziury w centrum galaktyki jest znacznie większa, a temperatura gazu jest znacznie niższa niż w bardziej oddalonych obszarach. Naukowcy przewidują, że gorący gaz zachowuje się w ten sposób, kiedy nie ma znaczącego wpływu energii (typowo pochodzącej z erupcji czarnej dziury), co zapobiega ochłodzeniu gorącego gazu i przepływowi w kierunku centrum gromady.
Gigantyczna czarna dziura generuje znacznie mniej ciepła niż większość innych w centrach gromad galaktyk – powiedziała współautorka Lucy Clews z Open University w Wielkiej Brytanii. Pozwala to gorącemu gazowi na szybkie schłodzenie się i uformowanie nowych gwiazd, a także działa jako źródło paliwa dla czarnej dziury.
Naukowcy ustalili, że gorący gaz o masie około 3000 mas Słońca rocznie stygnie do tego stopnia, że staje się niewidoczny w promieniowaniu rentgenowskim. Ten szybki proces chłodzenia może dostarczyć wystarczającą ilość materiału do powstania nowych gwiazd o masie 120 Słońc rocznie w galaktyce macierzystej, oraz stanowi źródło 40 mas słonecznych, które są pochłaniane przez czarną dziurę rocznie.
Zespół badał również hipotezę, że promieniowanie z kwazara bezpośrednio wpływa na ochładzanie gorącego gazu w gromadzie. Proces ten polega na tym, że fotony światła z kwazara oddziałują z elektronami w gorącym gazie, co powoduje zwiększenie energii fotonów i jednocześnie spadek energii elektronów, prowadząc do ochłodzenia. Badania przeprowadzone przez zespół wykazały, że ten mechanizm chłodzenia prawdopodobnie zachodzi w gromadzie zawierającej H1821+643, jednak jest zbyt słaby, aby wyjaśnić znaczną ilość obserwowanego chłodzenia gazu.
Chociaż ta czarna dziura może osiągać słabe wyniki, nie pompując ciepła do swojego otoczenia, obecny stan rzeczy prawdopodobnie nie będzie trwał wiecznie – powiedział współautor Thomas Braben z Uniwersytetu Nottingham. W końcu szybki pobór paliwa przez czarną dziurę powinien zwiększyć moc jej strumieni i silnie ogrzać gaz. Wzrost czarnej dziury i jej galaktyki powinien wtedy drastycznie spowolnić.
Artykuł opisujący te wyniki ukazał się w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society i jest również dostępny online.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- NASA's Chandra Identifies an Underachieving Black Hole
- A cooling flow around the low-redshift quasar H1821+643
Źródło: Chandra
Na ilustracji: Zdjęcie przedstawia kwazar H1821+643, znajdujący się około 3,4 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Źródło: Promieniowanie X: NASA/CXC/Univ. of Nottingham/H. Russell i inni; Radiowe: NSF/NRAO/VLA; Obróbka zdjęcia: NASA/CXC/SAO/N. Wolk
