Przejdź do treści

Nowy przepis na potężne dżety kwazarów

Supermasywna czarna dziura i jej korona (kolor niebieski) oraz pola magnetyczne (biały). Korona znajduje się ponad znacznie gęstszym dyskiem materii (czerwony i żółty), wirując i opadając w kierunku czarnej dziury.

Naukowcy od dawna próbują zrozumieć powody, dla których niektóre czarne dziury wytwarzają potężne wiązki plazmy (dżety), a inne nie. Nowe badanie ponad 700 kwazarów wskazują na możliwą odpowiedź – wiąże się to z koronami czarnych dziur.

Międzynarodowy zespół przebadał ponad 700 kwazarów – szybko rosnących supermasywnych czarnych dziur – aby wyodrębnić czynniki, które decydują o tym, dlaczego niektóre z nich wystrzeliwują dżety na znaczne odległości kosmiczne, ale inne już nie. Nowe badanie z wykorzystaniem Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra i innych teleskopów NASA ujawnia kluczową rolę, jaką regiony rozproszonego gorącego gazu otoczone silnymi polami magnetycznymi, zwane koronami czarnych dziur, odgrywają w decydowaniu o tym, czy w danym układzie utworzy się dżet.

Dżety supermasywnych czarnych dziur mogą wynosić ogromne ilości energii w swoje galaktyczne otoczenie i silnie wpływać na jego ewolucję. Wcześniej już naukowcy zdali sobie sprawę, że supermasywna czarna dziura musi się szybko obracać, aby napędzać tak silne dżety – ale się też, że nie wszystkie szybko wirujące czarne dziury posiadają dżety.

Potencjalny czynnik różnicujący pojawia się tymczasem właśnie w koronie czarnej dziury. Wcześniejsze badania dowodzą, że kwazary bez dżetów wykazują charakterystyczny związek między mocą swojego promieniowania rentgenowskiego a mocą emisji w ultrafiolecie. Tę korelację dobrze wyjaśnia światło ultrafioletowe, pochodzące z dysku czarnej dziury i zderzające się z cząstkami materii obecnymi w jej koronie. Pojawiająca się wówczas nadwyżka energii przekształca światło ultrafioletowe w promieniowanie rentgenowskie.

W nowych badaniach zespół zdecydował się ocenić na nowo zachowanie się kwazarów z dżetami. Odkryto korelację pomiędzy jasnością różnych kwazarów w promieniowaniu rentgenowskim i ultrafioletowym – niezwykle podobną do tej, którą można znaleźć w przypadku kwazarów bez dżetów. Uczeni doszli zatem do wniosku, że emisja promieniowania rentgenowskiego w kwazarach z dżetami jest również w jakiś sposób wytwarzana przez koronę czarnej dziury lub silnie z nią powiązana.

Wcześniej astronomowie uważali, że emisja promieniowania rentgenowskiego z kwazarów z dżetami pochodzi z obszaru położonego u podstawy dżetów. Nowe badania pokazują teraz jednak, że ​​dodatkowa emisja promieniowania rentgenowskiego pochodzi raczej z koron czarnych dziur – ale dużo jaśniejszych niż te otaczające czarne dziury kwazarów ze słabszymi lub nieobecnymi dżetami.

 

Cztery kwazary dżetowe z próbki, obserwowane w promieniowaniu X (Chandra, kolor niebieski) oraz na falach radiowych (sieć VLA, kolor czerwony).
Na zdjęciu: Cztery kwazary dżetowe z próbki, obserwowane w promieniowaniu X (Chandra, kolor niebieski) oraz na falach radiowych (sieć VLA, kolor czerwony). Promieniowanie rentgenowskie pochodzi głównie z korony czarnej dziury, a fale radiowe śledzą tutaj dżety. Pełne nazwy tych kwazarów i ich odległości od Ziemi to: SDSS J122539,55 + 245836,3 (3,1 miliarda lat świetlnych), SDSS J151443,07 + 365050,4 (4,1 miliarda lat świetlnych), SDSS J083906,52 + 575417,0 (9,5 miliarda lat świetlnych) i SDSS J091528.77 + 441632,8 (9,4 miliarda lat świetlnych).
Źródło: X-ray: NASA/CXO/Penn State Univ./S.F. Zhu et al.; Radio: NRAO/VLA/Penn State Univ./S.F. Zhu et al.


Próbka analizowana przez zespół składa się z 729 kwazarów z dżetami. Obserwowały je instrumenty Chandra, XMM-Newton ESA i niemiecki satelita ROentgen (ROSAT) – odpowiednio dla 212, 278 i 239 kwazarów. Duży rozmiar i wysoka jakość danych z próbki wyjaśniają, dlaczego naukowcy byli w stanie odkryć prawdopodobną przyczynę emisji promieniowania rentgenowskiego. W badaniu wykorzystano również dane z teleskopu optycznego Karla G. Jansky'ego Very Large Array (NSF) oraz teleskopu Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

Wyniki zostały opublikowane 20 czerwca 2020 r. w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Autorami artykułu są Shifu Zhu i Niel Brandt (Penn State University w University Park), B. Luo (Nanjing University, Chiny), Jianfeng Wu (Xiamen University, Chiny), Y.Q. Xue (Uniwersytet Nauki i Technologii Chin, Hefei) oraz G. Yang (Uniwersytet Texas A&M University w College Station).


Czytaj więcej:


 

Opracowanie: Elżbieta Kuligowska

Źródło: NASA/chandra.si.edu

Na ilustracji: Supermasywna czarna dziura i jej korona (kolor niebieski) oraz pola magnetyczne (biały). Korona znajduje się ponad znacznie gęstszym dyskiem materii (czerwony i żółty), wirując i opadając w kierunku czarnej dziury. Strumienie materiału (dżety) wystrzeliwują z czarnej dziury i korony w przeciwnych kierunkach.
Źródło: NASA