Przejdź do treści

Wirująca czarna dziura napędza dżet strumieniem magnetycznym

Wizja artystyczna, przedstawiająca jądro kwazara 3C 279

Czarne dziury znajdują się w centrum prawie wszystkich badanych do tej pory galaktyk. Mają niewyobrażalnie dużą masę i dlatego przyciągają materię, gaz, a nawet światło. Ale mogą też emitować materię w postaci dżetów plazmy – rodzaju wiązki plazmy, wyrzucanej ze środka galaktyki z ogromną energią. Strumień plazmy może sięgać kilkuset tysięcy lat świetlnych daleko w Kosmos.

Kiedy emitowane jest to intensywne promieniowanie, czarna dziura pozostaje ukryta, ponieważ promienie światła w jej pobliżu są silnie zakrzywione, co prowadzi do pojawienia się cienia. Zostało to niedawno ogłoszone przez naukowców z zespołu Event Horizon Telescope (EHT), zajmującego się masywną czarną dziurą w olbrzymiej galaktyce eliptycznej M87.

W kwazarze 3C 279 – także czarnej dziurze – zespół EHT odkrył inne zjawisko: w odległości ponad tysiąca razy większej od cienia czarnej dziury nagle zapaliło się jądro strumienia plazmy. Nie było jeszcze jasne, w jaki sposób energia z czarnej dziury przedostaje się do jądra dżetu w niewidoczny sposób.

Wspomniany kwazar obserwowany był za pomocą kosmicznego teleskopu Fermilab przez astrofizyka Amita Shuklę, który do 2018 roku prowadził badania na Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg w Bawarii w Niemczech. Shukla wykazał, że jądro dżetu, które zostało odkryte w zakresie długości fal milimetrowych, również emituje wysokoenergetyczne promieniowanie gamma, ale z wyjątkowo migoczącą jasnością. Jak donosi czasopismo "Nature Communications", jasność ta może się podwoić w ciągu kilku minut.

Specjalny wzór sekwencji zmian jasności jest charakterystyczny dla uniwersalnego procesu, zwanego ponownym połączeniem magnetycznym, który zachodzi w wielu obiektach astronomicznych o silnym polu magnetycznym. Aktywność słoneczna również ma związek z dynamiką pól magnetycznych i ponownym połączeniem. Zostało to niedawno zademonstrowane przez obserwację „ognisk” w atmosferze słonecznej w ramach misji Solar Orbiter.

Ale wracając do kwazara 3C 279: „Widziałem, jak analiza danych ujawniła specjalny wzór ponownego połączenia magnetycznego w krzywej blasku. Czułem się, jakbym nagle odszyfrował hieroglif w alfabecie czarnej dziury” – mówi podekscytowany Amit Shukla.

Podczas ponownego połączenia energia, która początkowo jest niewidocznie zmagazynowana w polu magnetycznym, zostaje nagle uwolniona w postaci licznych „mini-dżetów”. W dżetach tych cząsteczki są przyspieszane, co powoduje wytwarzanie obserwowanego promieniowania gamma. Ponowne połączenie magnetyczne wyjaśniłoby, w jaki sposób energia dociera do jądra dżetu z czarnej dziury i skąd ostatecznie pochodzi.

Profesor Karl Mannheim, kierownik Katedry Astronomii UJM i współautor publikacji, wyjaśnia: „czasoprzestrzeń w pobliżu czarnej dziury w kwazarze 3C 279 jest zmuszona do wirowania razem z nim. Pola magnetyczne zakotwiczone w plazmie wokół czarnej dziury usuwają dżet spowalniając rotację czarnej dziury i zmieniają w promieniowanie część jej energii rotacyjnej.”

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej informacji:
Spinning Black Hole Powers Jet by Magnetic Flux

Gamma-ray flares from relativistic magnetic reconnection in the jet of the quasar 3C 279

Źródło: University of Würzburg

Na ilustracji: Wizja artystyczna, przedstawiająca jądro kwazara 3C 279, emitujące migoczące promieniowanie gamma, które jest charakterystyczne dla zjawiska ponownego połączenia magnetycznego. Źródło: Amit Shukla / Indian Institute of Technology Indore.