Obraz przedstawia spektakularny zestaw pierścieni wokół czarnej dziury, uchwycony za pomocą obserwatorium rentgenowskiego Chandra oraz Obserwatorium Swift Neila Gehrelsa. Rentgenowskie obrazy olbrzymich pierścieni ujawniają informacje o pyle znajdującym się w naszej galaktyce.
Czarna dziura jest częścią układu podwójnego o nazwie V404 Cygni, znajdującego się około 7800 lat świetlnych od Ziemi. Czarna dziura aktywnie wciąga materię z towarzyszącej jej gwiazdy – o masie około połowy masy Słońca – i tworzy dysk wokół niewidzialnego obiektu. Materia ta świeci w promieniach X, dlatego astronomowie nazywają te układy „rentgenowskimi układami podwójnymi”.
5 czerwca 2015 roku Swift odkrył wybuch promieniowania rentgenowskiego z V404 Cygni. Wybuch stworzył wysokoenergetyczne pierścienie ze zjawiska znanego jako echo świetlne. W przeciwieństwie do fal dźwiękowych odbijających się od ściany kanionu, echo świetlne wokół V404 Cygni powstało, gdy wybuch promieniowania rentgenowskiego z układu czarnej dziury odbił się od obłoków pyłu pomiędzy V404 Cygni a Ziemią. Kosmiczny pył nie jest podobny do domowego kurzu, ale bardziej do dymu, i składa się z maleńkich, stałych cząsteczek.
Na tym obrazie, promieniowanie X z Chandra (jasnoniebieskie) zostało połączone z danymi optycznymi z teleskopów Pan-STARRS na Hawajach, które pokazują gwiazdy w polu widzenia. Obraz zawiera osiem oddzielnych koncentrycznych pierścieni. Każdy pierścień jest tworzony przez promieniowanie X z flar V404 Cygni obserwowanych w 2015 roku, które odbijały się od różnych obłoków pyłu.
Zespół naukowców kierowany przez Sebastiana Heinza z University of Wisconsin w Madison przeanalizował 50 obserwacji układu wykonanych w 2015 roku przez Swift w okresie od 30 czerwca do 25 sierpnia oraz obserwacje z Chandra wykonane 11 i 25 lipca 2015 roku. Było to tak jasne zdarzenie, że operatorzy Chandra celowo umieścili V404 Cygni pomiędzy detektorami, aby kolejny jasny wybuch nie uszkodził instrumentu.
Pierścienie mówią astronomom nie tylko o zachowaniu czarnej dziury, ale także o krajobrazie pomiędzy V404 Cygni a Ziemią. Na przykład, średnica pierścieni w promieniowaniu rentgenowskim ukazuje odległość od obłoków pyłu, od których odbija się światło. Jeżeli obłok jest bliżej Ziemi, pierścień wydaje się być większy, i na odwrót. Echa świetlne pojawiają się raczej jako wąskie niż szerokie pierścienie, ponieważ wybuch promieniowania rentgenowskiego trwał tylko przez stosunkowo krótki czas.
Naukowcy wykorzystali również pierścienie do zbadania właściwości samych obłoków pyłu. Porównali oni widma rentgenowskie – czyli jasność promieniowania X w zakresie długości fal – z komputerowymi modelami pyłu o różnym składzie. Różnice w składzie pyłu spowodują, że różne ilości promieniowania X o niższej energii będą absorbowane i niemożliwe do wykrycia przez Chandra. Jest to zasada podobna do tego, jak różne części naszego ciała pochłaniają różne ilości promieniowania rentgenowskiego i dają informacje o jego strukturze i składzie.
Zespół ustalił, że pył najprawdopodobniej zawiera mieszaninę grafitu i ziaren krzemianowych. Ponadto, zespół zanalizował wewnętrzne pierścienie przy pomocy Chandra i odkrył, że gęstości obłoków pyłu nie są jednorodne we wszystkich kierunkach. Wcześniejsze badania zakładały, że tak nie jest.
Wynik ten jest związany z podobnym odkryciem dotyczącym rentgenowskiego układu podwójnego Circinus X-1, który zawiera raczej gwiazdę neutronową niż czarną dziurę, opublikowanym w numerze The Astrophysical Journal z 20 czerwca 2015 roku. Badaniami tymi również kierował Sebastian Heinz.
Więcej informacji:
- V404 Cygni: Huge Rings Around a Black Hole
- A Joint Chandra and Swift View of the 2015 X-Ray Dust Scattering Echo of V404 Cygni
Źródło: Chandra
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Pierścienie V404 Cygni. Źródło: Obraz rentgenowski: NASA/CXC/U.Wisc-Madison/S. Heinz i inni; Optyczny/podczerwony: Pan-STARRS)
