Przejdź do treści

Dżet z czarnej dziury w M87 osiąga prędkości bliskie prędkości światła

img

W kwietniu 2019 r. współpracownicy projektu EHT opublikowali pierwszy obraz czarnej dziury z zaobserwowanym masywnym, ciemnym obiektem w centrum galaktyki M87. Ta czarna dziura ma masę ok. 6,5 mld razy większą niż Słońce i znajduje się ok. 55 mln lat świetlnych od Ziemi. Czarna dziura została nazwana przez astronomów M87*, a ostatnio otrzymała hawajską nazwę „Powehi”.

Przez lata astronomowie obserwowali promieniowanie ze strumienia wysokoenergetycznych cząstek – zasilanego przez czarną dziurę – wystrzeliwujące z M87. Badali dżet w świetle radiowym, optycznym i rentgenowskim. Teraz, korzystając z obserwacji Chandra, naukowcy zauważyli, że części dżetu poruszają się z prędkością bliską prędkości światła.

Kiedy materia zbliży się wystarczająco do czarnej dziury, opadnie na dysk akrecyjny. Część materii z wewnętrznego regionu dysku akrecyjnego opadnie na czarną dziurę a część zostanie przekierowywana z dala od niej w postaci wąskich strumieni materii wzdłuż linii pola magnetycznego. Ponieważ proces opadania jest nieregularny, dżety zbudowane są z węzłów, które czasem można zidentyfikować za pomocą teleskopu Chandra i innych.

Naukowcy wykorzystali obserwacje Chandra z 2012 i 2017 roku, aby śledzić ruch dwóch rentgenowskich węzłów znajdujących się w dżecie około 900 i 2500 lat świetlnych od czarnej dziury. Dane rentgenowskie pokazują ruch z pozorną prędkością 6,3 razy większą od prędkości światła dla węzła bliższego czarnej dziurze, i 2,4 razy większą niż prędkość światła dla drugiego.

„Jednym z niezniszczalnych praw fizyki jest to, że nic nie może się poruszać szybciej, niż prędkość światła. Nie złamaliśmy zasad fizyki, ale znaleźliśmy przykład niesamowitego zjawiska zwanego ruchem nadświetlnym” – powiedział współautor badania Brad Snios z CfA.

Ruch nadświetlny występuje, gdy obiekty poruszają się z prędkością bliską prędkości światła w kierunku zbliżonym do naszej linii widzenia. Strumień leci w naszą stronę niemal tak szybko, jak światło, które wytwarza, co daje złudzenie, że jego ruch jest znacznie szybszy niż prędkość światła. W przypadku M87* dżet  celuje bardzo blisko naszego kierunku, co powoduje te pozorne egzotyczne prędkości.

Astronomowie widzieli wcześniej taki ruch w dżecie M87* na radiowych i optycznych długościach fali, ale nie byli w stanie ostatecznie wykazać, że materia w strumieniu porusza się z prędkością zbliżoną do prędkości światła.

Zespół zauważył, że cecha poruszająca się z prędkością 6,3 razy większą niż prędkość światła zanikła o ponad 70% między rokiem 2012 a 2017. To zanikanie prawdopodobnie było spowodowane utratą energii przez cząstki ze względu na wytwarzane promieniowanie, gdy krążyły wokół pola magnetycznego. Aby to mogło nastąpić, zespół musiałby widzieć promieniowanie X z tych samych cząsteczek w obu momentach a nie poruszającą się falę.

Dane z Chandra stanowią doskonałe uzupełnienie danych z EHT. Wielkość prędkości wokół czarnej dziury widziana za pomocą Event Horizon Telescope jest około 100 mln razy mniejsza niż wielkość dżetu widzianego z Chandra.

Kolejna różnica polega na tym, że EHT obserwował M87 przez sześć dni w kwietniu 2017 roku, dając ostatni obraz czarnej dziury. Obserwacje Chandra badają wyrzuconą materię w strumieniu wystrzelonym z czarnej dziury setki i tysiące lat wcześniej.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Famous Black Hole Has Jet Pushing Cosmic Speed Limit

Detection of Superluminal Motion in the X-Ray Jet of M87

Źródło: Chandra