Supermasywnej czarnej dziurze w centrum Drogi Mleczna czasami zdarza się jakby czkawka, gdy wyrzuca w postaci dżetu pozostałości po obiektach, które nie do końca „pożarła”. Wygląda na to, że w jej pobliżu nadal są ślady po dżecie wyrzuconym kilka tysięcy lat temu. Teleskop Kosmiczny Hubble’a nie sfotografował tajemniczego dżetu, ale pomógł znaleźć ślady, że dżet nadal oddziałuje na ogromny obłok wodoru.
Jest to kolejny dowód, że czarna dziura w centrum naszej Galaktyki o masie 4,1 miliona mas Słońca nie śpi, ale co jakiś czas dostaje czkawki, gdy gwiazda lub obłok gazowy spadnie na nią. Czarne dziury zasysają materię poprzez rotujące dyski akrecyjne, w których część opadającej materii jest wymiatana w postaci gwałtownych wypływów zwanych dżetami. Dżety są strumieniami cząstek rozpędzanych do prędkości bliskich prędkości światła i kolimowanych przez potężne pola magnetyczne czarnych dziur. Towarzyszy im emisja śmiertelnego promieniowania jonizującego.
Czarna dziura w centrum jest dynamicznie zmienna i obecnie spokojna - powiedział główny autor publikacji Gerald Cecil (University of North Carolina, USA). Podobnie jak w układance, Cecil połączył obserwacje w wielu zakresach widma, wykonane przez różne teleskopy i zasugerował, że czarne dziury dostają „czkawki” w postaci mini-dżetów za każdym razem, gdy połkną coś masywniejszego, jak np. obłok gazowy. Wyniki badań międzynarodowego zespołu astronomów kierowanego przez Geralda Cecila zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie Astrophysical Journal.
W 2013 roku uzyskano dowody na istnienie krótkiego dżetu na południe od czarnej dziury, w oparciu o obserwacje w zakresie rentgenowskim (teleskop Chandra) i radiowym (VLA). Wydaje się, że ten dżet zderza się z gazem w pobliżu czarnej dziury.
Główny autor publikacji był ciekaw, czy istnieje również północny odpowiednik tego dżetu. Dlatego najpierw przeanalizował archiwalne widma molekuł takich jak alkohol metylowy (CH3OH) i siarczek węgla (CS) uzyskane za pomocą z sieci teleskopów ALMA w Chile, które obserwują w milimetrowych długościach fali promieniowania elektromagnetycznego, aby przebić się przez chmury pyłu pomiędzy nami i centrum Drogi Mlecznej. ALMA ujawniła widok rozszerzającej się liniowej struktury w gazie molekularnym, której ślady widać aż do 15 lat świetlnych od czarnej dziury.
Następnie, Cecil połączył kropki na zdjęciach z Kosmicznego Teleskop Hubble’a w zakresie podczerwonym i znalazł świecący, spłaszczony bąbel gorącego gazu, który pasował do dżetu w odległości przynajmniej 35 lat świetlnych od czarnej dziury. Członkowie grupy badawczej zasugerowali, że dżet wyrzucony z czarnej dziury mógł ścisnąć bąbel gazu. Te dwa szczątkowe efekty w słabnącym dżecie są jedynymi wizualnymi śladami oddziaływania z obłokiem molekularnym.
Gdy dżet porusza się w obłoku, to zderza się z materią i rozdziela na mniejsze strumienie.
Te strumienie wnikają w gęsty dysk gazowy Drogi Mlecznej. Z wiązki prostej niczym ołówek, dżet rozwidla się w ramiona jak u ośmiornicy - powiedział współautor publikacji Alex Wagner (Tsukuba University, Japonia).
Ten wypływ tworzy grupę rozszerzających się bąbli, które rozciągają się przynajmniej na 500 lat świetlnych. Ta większa „bańka mydlana” została zaobserwowana przez teleskopy w różnych długościach fali.
Diagram przedstawiający mini-dżet w centrum Drogi Mlecznej. Jest to panoramiczny widok naszej Galaktyki z boku z dwoma ogromnymi bąblami plazmy świecącej w promieniach gamma i X. Astronomowie obserwowali za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a centrum naszej Galaktyki i zauważyli świecący obłok wodoru w pobliżu supermasywnej czarnej dziury (wizualizacja we wstawce). Interpretuje się, że ta chmura wodoru została trafiona przez wąską kolumnę dżetu z energetyczną plazmą, która została wyrzucona z czarnej dziury około 2 tysiące lat temu. Źródło: NASA, ESA, Gerald Cecil (UNC-Chapel Hill), and Dani Player (STScI)
W kolejnym kroku Wagner i Cecil uruchomili modelowanie komputerowe wypływu o charakterze dżetu w symulowanym dysku Drogi Mlecznej, które odtworzyło obserwacje.
To jest jak archeologia, cały czas kopiesz, aby znaleźć coraz starsze artefakty, aż natrafiasz na pozostałości wielkiej cywilizacji - powiedział Cecil.
Wagner konkluduje - Czarna dziura w centrum Galaktyki ewidentnie pojaśniała przynajmniej 1 milion razy w ciągu ostatnich kilku milionów lat. To wystarczy, aby dżet przedziurawił halo galaktyczne.
Wcześniejsze obserwacje Teleskopu Kosmicznego Hubble’a i innych teleskopów dostarczyły dowodów na to, że czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej miała wybuch około 2-4 miliony lat temu. Wybuch miał wystarczającą ilość energii, aby utworzyć parę olbrzymich bąbli zwanych Bąblami Fermiego górujących nad naszą Galaktyką, które świecą w promieniach gamma. Zostały najpierw odkryte przez teleskop Fermiego w 2010 roku w zakresie promieniowania gamma. Są otoczone przez bąble rentgenowskie, które odkrył satelita ROSAT, a następnie w 2020 roku satelita eROSITA sporządził pełną mapę.
Widma uzyskane Teleskopem Kosmicznym Hubble’a w zakresie ultrafioletowym wykorzystano do pomiarów prędkości rozszerzania się i składu tych pęczniejących płatów. Później, bazując na widmach z Hubble’a znaleziono, że wybuch był tak potężny, iż rozjaśnił gazową strukturę zwaną Strumieniem Magelllanicznym w odległości około 200 tysięcy lat świetlnych od centrum Galaktyki. Ten gaz świeci od tamtego zdarzenia nawet do dzisiaj.
Zorientowany według kierunków i skali odległości obraz obłoków gazowych w pobliżu centrum Drogi Mlecznej z oznaczonymi głównymi strukturami świadczącymi o mini-dżecie. Pionowy i przeźroczysty „złożony wachlarz” został dodany, aby pokazać prawdopodobną oś mini-dżetu wyrzuconego z supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki około 2 tysiące lat temu. Źródło: NASA, ESA, and Gerald Cecil (UNC-Chapel Hill); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)
Aby mieć lepsze pojęcie odnośnie tego co się dzieje, Cecil zbadał radiowe obrazy i zdjęcia wykonane przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a innej galaktyki z wypływami z czarnej dziury. Mowa o znajdującej się w odległości około 47 milionów lat świetlnych aktywnej galaktyce NGC 1068, która ma łańcuszek bąbli rozmieszczonych wzdłuż wypływu z bardzo aktywnej czarnej dziury znajdującej się w jej centrum. Cecil zauważył, że w zakresie rentgenowskim i radiowym skale powstających struktur są bardzo podobne, zarówno w NGC 1068 jak i Drodze Mlecznej. Cecil powiedział - bąbel od fali uderzeniowej w kształcie łuku na szczycie wypływu z NGC 1068 koresponduje ze skalą Bąbla Fermiego w Drodze Mlecznej. Być może NGC 1068 pokazuje nam, co działo się z naszą Galaktyką kilka milionów lat temu, podczas tych wzrostów aktywności.
Szczątkowy dżet jest wystarczająco blisko czarnej dziury znajdującej się w centrum Drogi Mlecznej, że mógł silniej świecić tylko przez kilkadziesiąt lat po rozgrzaniu przez czarną dziurę. Cecil powiedział - czarna dziura potrzebuje w tym czasie wzrostu jasności kilkuset-krotnego, aby napełnić dżet strumieniem cząstek. Byłoby super zobaczyć jak daleko doleci dżet po takim wybuchu. Aby osiągnąć wielkość Bąbli Fermiego byłoby konieczne, aby trwał on przez setki tysięcy lat, ponieważ każdy z tych bąbli ma 50 tysięcy lat świetlnych w poprzek.
Więcej informacji:
Publikacja naukowa (dostęp otwarty od 1 stycznia 2022 r.): Tracing the Milky Way's Vestigial Nuclear Jet
Wersja darmowa ArXiv: Tracing the Milky Way's Vestigial Nuclear Jet
Mini-Jet Found Near Milky Way's Supermassive Black Hole
Prezentacja na Youtube: Mini-Jet Found Near Milky Way’s Supermassive Black Hole
Źródło: NASA
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Na ilustracji: obraz obłoków gazowych w pobliżu centrum Drogi Mlecznej z oznaczonymi głównymi strukturami świadczącymi o mini-dżecie. Kolor żółty reprezentuje dane z teleskopu HST, niebieskie – Chandra, zielone – Alma, czerwone - VLA. Pionowy i przeźroczysty „złożony wachlarz” został dodany, aby pokazać prawdopodobną oś mini-dżetu wyrzuconego z supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki około 2 tysiące lat temu. Źródło: NASA, ESA, and Gerald Cecil (UNC-Chapel Hill); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)
