Przejdź do treści

Czarna dziura z trzema gorącymi posiłkami dziennie

img

Jest takie powiedzenie, że pomijanie posiłków jest niezdrowe. Najwyraźniej supermasywna czarna dziura w centrum oddalonej o miliony lat świetlnych galaktyce otrzymała tę wiadomość.

Zespół astronomów odnalazł rozbłyski rentgenowskie powtarzające się co ok. 9 godzin, pochodzące z centrum galaktyki o nazwie GSN 069. Dane uzyskane z obserwatorium rentgenowskiego Chandra i XMM-Newton wskazują, że supermasywna czarna dziura znajdująca się tam zużywa duże ilości materii w regularnych odstępach czasu.

Podczas gdy naukowcy wcześniej odkryli dwie czarne dziury o masie gwiazdowej (ważące ok. 10 razy więcej, niż Słońce), które czasami przechodzą regularne wybuchy, do tej pory nie wykryto jeszcze takiego zachowania się supermasywnej czarnej dziury.

Czarna dziura w centrum GSN 069, położona 250 mln lat świetlnych od Ziemi, ma masę ok. 400 000 razy większą, niż Słońce. Naukowcy szacują, że zużywa materię równoważną około czterem Księżycom ok. 3 razy dziennie.

„Ta czarna dziura ma plan posiłków, jakiego wcześniej nie widzieliśmy. To zachowanie jest tak bezprecedensowe, że musieliśmy wymyślić nowe wyrażenie, aby je opisać: ‘prawie okresowe erupcje rentgenowskie’ (X-ray Quasi-Periodic Eruptions)” – mówi Giovanni Miniutti z ESA Center for Astrobiology w Hiszpanii, pierwszy autor artykułu.

XMM-Newton jako pierwszy zaobserwował to zjawisko w GSN 069 po wykryciu dwóch wybuchów 24 grudnia 2018 r. Następnie Miniutti i jego współpracownicy śledzili kolejne obserwacje  XMM-Newton w dniach 16 i 17 stycznia 2019 r. i znaleźli 5 wybuchów. Obserwacje Chandry niecały miesiąc później, 14 lutego, pokazały dodatkowe 3 wybuchy.

„Łącząc dane z tych dwóch obserwatoriów rentgenowskich, śledziliśmy te okresowe wybuchy przez co najmniej 54 dni. Daje nam to wyjątkową okazję do obserwowania przepływu materii do supermasywnej czarnej dziury, która wielokrotnie przyspiesza i zwalnia” – powiedział współautor Richard Saxton z European Space Astronomy Center w Madrycie.

Podczas wybuchów promieniowanie X staje się ok. 20 razy jaśniejsze, niż w czasie ciszy. Wzrasta również temperatura gazu opadającego w kierunku czarnej dziury, od ok. 500 000 stopni Celsjusza w okresach ciszy do ok. 1,4 mln st. C podczas wybuchów. Temperatura tego ostatniego podobna jest do temperatury gazu znajdującego się wokół najaktywniej rosnących supermasywnych czarnych dziur.

Pochodzenie tego gorącego gazu było tajemnicą, ponieważ wydaje się, że jest zbyt gorący, aby można go było skojarzyć z dyskiem opadającej materii, który otacza czarną dziurę. Chociaż jego pochodzenie również jest tajemnicą w GSN 069, zdolność badania supermasywnej czarnej dziury, w której gorący gaz wielokrotnie się formuje, a następnie znika, może dostarczyć ważnych wskazówek.

„Uważamy, że źródłem promieniowania X jest gwiazda, którą czarna dziura częściowo lub całkowicie rozerwała na części i powoli konsumuje kawałek po kawałku. Ale jeżeli chodzi o powtarzające się wybuchy, jest to zupełnie inna historia, której pochodzenie należy zbadać przy użyciu dodatkowych danych i nowych modeli teoretycznych” – powiedziała współautorka Margherita Giustini, również z Centrum Astrobiologii ESA.

Spożywanie gazu ze zniszczonej gwiazdy przez supermasywną czarną dziurę było wcześniej obserwowane, ale nigdy nie towarzyszyły temu powtarzalne rozbłyski rentgenowskie. Autorzy sugerują, że istnieją dwa możliwe wyjaśnienia wybuchów. Jednym z nich jest to, że ilość energii na dysku gromadzi się aż stanie się niestabilna i materia gwałtownie wpadnie do czarnej dziury, powodując wybuchy. Następnie cykl się powtórzy. Innym jest interakcja między dyskiem a drugim ciałem krążącym wokół czarnej dziury, być może pozostałością częściowo rozerwanej gwiazdy.

Dane z Chandra były kluczowe dla tego badania, ponieważ były w stanie wykazać, że źródło promieniowania X znajduje się w centrum galaktyki gospodarza, czyli tam, gdzie oczekuje się obecności supermasywnej czarnej dziury. Kombinacja danych z Chandra i XMM-Newton sugeruje, że rozmiar i czas trwania posiłków czarnej dziury nieznacznie się zmniejszył a przerwa między posiłkami wzrosła. Przyszłe obserwacje będą miały kluczowe znaczenie dla sprawdzenia, czy trend się utrzyma.

Supermasywne czarne dziury są zwykle większe, niż ta w GSN 069, mając masy milionów a nawet miliardów słońc. Im większa czarna dziura, tym wolniejsze będą jej wahania jasności, więc zamiast wybuchać co dziewięć godzin, powinna wybuchać co kilka miesięcy lub lat, co prawdopodobnie tłumaczy, dlaczego wybuchy prawie okresowe nigdy wcześniej nie były widoczne.

Przykłady dużych wzrostów i spadków ilości promieni X wytwarzanych przez czarne dziury zaobserwowano w kilku przypadkach, stosując powtarzane obserwacje przez miesiące lub lata. Zmiany w niektórych obiektach są znacznie szybsze niż oczekiwano w standardowej teorii dysków opadającej materii otaczającej czarną dziurę, ale można je oczywiście uwzględnić, gdyby miały podobne zachowanie do GSN 069.

Więcej:
Scientists Discover Black Hole Has Three Hot Meals a Day

Źródło: Chandra