Przejdź do treści

Radiogalaktyki w kształcie litery X mogą powstawać prościej niż sądzono

Nieruchomy obraz pobrany z symulacji przestrzennej rozwoju dżetu w kształcie litery X. Gaz (kolor jasnoczerwony) wpada do czarnej dziury, która doprowadza następnie do uformowania się pary relatywistycznych dżetów (jasnoniebieski). Dżety rozchodzą się pionowo i wstrząsają otaczającym je gazem (ciemnoczerwony). Starsze wnęki (ciemnoniebieskie) unoszą się pod kątem do pionowo rozchodzących się dżetów, tworząc kształt X. Źródło: Aretaios Lalakos/Northwestern University

Radiogalaktyki emitują wprawdzie światło widzialne, ale jednocześnie składają się na nie znacznie większe obszary emisji radiowej. Prawdopodobnie najbardziej znaną radiogalaktyką jest M87, jedna z najbardziej masywnych galaktyk we Wszechświecie. W 2019 roku Teleskop Horyzont Zdarzeń zobrazował jej centralną supermasywną czarną dziurę.

Astronomowie wpatrujący się w nocne niebo za pomocą radioteleskopów zazwyczaj widzą radiogalaktyki w kształcie elips z podwójnymi dżetami wypływającymi z obu stron ich centralnej supermasywnej czarnej dziury. Jednak raz na jakiś czas (to mniej niż około 10% przypadków) mogą dostrzec coś innego: radiogalaktykę w kształcie litery X, z czterema dżetami rozciągającymi się daleko w przestrzeń kosmiczną.

Tajemnicze galaktyki w kształcie X wprawiały w zakłopotanie astrofizyków przez blisko dwie dekady. Ostatnie badania przeprowadzone na Uniwersytecie Northwestern rzucają jednak nowe światło na to, jak być może one powstają. Co więcej, wydaje się to zaskakująco proste. Odkryto również, że radiogalaktyki w kształcie litery X mogą być bardziej powszechne, niż sądzono. Badania zostały opublikowane 29 sierpnia w The Astrophysical Journal Letters. Jest to pierwsza wielkoskalowa symulacja akrecji w galaktykach, która pozwala śledzić gaz galaktyczny także w dużej odległości od supermasywnej czarnej dziury leżącej w samym sercu takiej radiogalaktyki.

Przy użyciu nowych symulacji astrofizycy z Northwestern zaimplementowali proste warunki modelowania procesów zasilania supermasywnej czarnej dziury materią i formowania się jej dżetów oraz dysku akrecyjnego. Gdy uczeni uruchomili symulację, te proste warunki niespodziewanie doprowadziły do powstania radiogalaktyki w kształcie litery X. Co ciekawsze, charakterystyczny kształt X wyraźnie wynikał z interakcji między dżetami i gazem wpadającym do czarnej dziury. Na początku symulacji wpadający gaz odchylał nowo powstałe dżety, które włączały się i wyłączały, nieregularnie chwiejąc się i wypełniając pary wnęk w różnych kierunkach, aby ostatecznie upodobnić się do wielkiego X. W końcu jednak w symulacji dżety stały się na tyle silne, by sforsować gaz. W tym momencie ustabilizowały się już, przestały się chwiać i rozchodziły się odtąd wzdłuż jednej osi.

Odkryto zatem, że już przy bardzo prostych symetrycznych warunkach początkowych można uzyskać taki zawiły wynik. Popularnym wyjaśnieniem istnienia radiowych galaktyk w kształcie litery X była dotąd teza, że dwie galaktyki zderzają się, powodując łączenie się ich supermasywnych czarnych dziur, co zmienia spin pozostałej czarnej dziury i zarazem kierunek propagacji jej dżetów. Innym pomysłem była zmiana kształtu dżetów w wyniku oddziaływania na wielką skalę z gazem otaczającym odizolowaną supermasywną czarną dziurę. Teraz po raz pierwszy pokazano jednak, że radiogalaktyki w kształcie X mogą powstawać w znacznie prostszy sposób.

W mojej symulacji starałem się niczego nie zakładać – wyjaśnia Aretaios Lalakos, główny autor publikacji. Zazwyczaj uczeni umieszczają czarną dziurę w środku siatki symulacyjnej i dodają wokół niej duży, już uformowany dysk gazowy, a następnie jeszcze gaz znajdujący się poza tym dyskiem. W tym badaniu symulacja zaczyna się jednak bez dysku, ale wkrótce tworzy się on, gdy wirujący gaz stopniowo zbliża się do czarnej dziury. Ten sam dysk zasila następnie czarną dziurę i generuje dżety. Przyjąłem najprostsze możliwe założenia, więc ten wynik był dla mnie niespodzianką. Po raz pierwszy udało się zaobserwować morfologię w kształcie litery X w symulacjach z bardzo prostymi warunkami początkowymi.

Ze względu na to, że kształt X pojawił się tylko we wczesnej fazie symulacji – nim dżety wzmocniły się i ustabilizowały – Lalakos uważa też, że galaktyki radiowe w kształcie X mogą pojawiać się we Wszechświecie częściej, ale utrzymują się w tej postaci przez bardzo krótki czas, znacznie krócej niż dawniej sądzono. Mogą na przykład powstawać za każdym razem, gdy czarna dziura otrzymuje nowy gaz i zaczyna ponownie „jeść". W takim scenariuszu byłyby więc częste, ale możemy nie mieć na tyle szczęścia, aby je zaobserwować w dużych ilościach, bo istnieją tylko tak długo, jak długo siła dżetu jest zbyt słaba, by skutecznie odpychać gaz.

Lalakos planuje teraz dalsze rozwijanie swojej symulacji, aby lepiej zrozumieć dokładny sposób powstawania radiowych kształtów X. Z niecierpliwością czeka na przykład na eksperymenty z różnymi rozmiarami dysków akrecyjnych i spinami centralnych czarnych dziur...

 

 

Czytaj więcej:


Źródło: Phys.org

Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
 

Ilustracja: Nieruchomy obraz pobrany z symulacji przestrzennej rozwoju dżetu w kształcie litery X. Gaz (kolor jasnoczerwony) wpada do czarnej dziury, która doprowadza następnie do uformowania się pary relatywistycznych dżetów (jasnoniebieski). Dżety rozchodzą się pionowo i wstrząsają otaczającym je gazem (ciemnoczerwony). Starsze wnęki (ciemnoniebieskie) unoszą się pod kątem do pionowo rozchodzących się dżetów, tworząc kształt X. Źródło: Aretaios Lalakos/Northwestern University

Reklama