Naukowcy wykryli tajemnicze „bicie serca” promieniowania gamma, pochodzące z kosmicznego obłoku gazu. Niepozorny obłok w Orle bije w rytmie sąsiedniej czarnej dziury, wskazując na położenie między dwoma obiektami. To, w jaki sposób czarna dziura napędza bicie serca promieniowania gamma w obłoku w odległości około 100 lat świetlnych, pozostaje zagadką.
Zespół badawczy, składający się z naukowców z Niemiec, Hiszpanii, Chin i USA, przeanalizował dane z ponad dziesięciu lat, pochodzące z kosmicznego teleskopu Fermiego, obserwującego tak zwany mikrokwazar. Układ, skatalogowany jako SS 433, znajduje się około 15 000 lat świetlnych dalej w Drodze Mlecznej i składa się z olbrzymiej gwiazdy o masie ok. 30 mas Słońca oraz czarnej dziury o masie około 10-20 mas Słońca. Oba obiekty okrążają siebie nawzajem z okresem 13 dni, podczas gdy czarna dziura zasysa materię z olbrzymiej gwiazdy.
„Materia ta gromadzi się w dysku akrecyjnym, zanim wpadnie do czarnej dziury, tak jak dzieje się to z wodą w wirze w odpływie wanny. Jednak część tej materii nie spada do odpływu, ale wystrzeliwuje z dużą prędkością dwoma wąskimi strumieniami w przeciwnych kierunkach powyżej i poniżej wirującego dysku akrecyjnego” – wyjaśnia Jian Li, kierownik zespołu. Zjawisko to znane jest z aktywnych galaktyk, zwanych kwazarami, które mają w swoich centrach potężne czarne dziury o masach milionów Słońc, wystrzeliwujących w Kosmos strumienie materii na dziesiątki tysięcy lat świetlnych. Ponieważ SS 433 wygląda jak pomniejszona wersja takich kwazarów, nazwany został mikrokwazarem.
Cząsteczki o dużej prędkości i ultra silne pole magnetyczne w dżecie wytwarzają promieniowanie rentgenowskie i gamma. Dysk akrecyjny nie leży dokładnie w płaszczyźnie orbity obu obiektów - jest w ruchu precesyjnym. W rezultacie oba dżety wirują w otaczającej przestrzeni, a nie tworzą linię prostą.
Precesja dżetów czarnej dziury trwa około 162 dni. Skrupulatna analiza ujawniła sygnał promieniowania gamma o tym samym okresie z miejsca położonego stosunkowo daleko od dżetów mikrokwazara, który został oznaczony przez naukowców jako Fermi J1913+0515. Znajduje się on w pozycji niezwykłego wzmocnienia gazu. Stałe okresy wskazują, że emisja obłoku gazu jest zasilana przez mikrokwazar.
„Znalezienie takiego jednoznacznego połączenia poprzez synchronizację, około 100 lat świetlnych od mikrokwazara, nawet nie wzdłuż kierunku strumieni, jest tak nieoczekiwane, jak niesamowite. Ale to, w jaki sposób czarna dziura może napędzać bicie serca obłoku gazu, nie jest dla nas jasne” – mówi Li. Mało prawdopodobne wydaje się bezpośrednie okresowe oświetlanie dżetu. Alternatywa, którą bada zespół, opiera się na wpływie szybkich protonów (jąder atomów wodoru), wytwarzanych na końcach strumieni lub w pobliżu czarnej dziury i wstrzykiwanych do obłoku, gdzie te cząsteczki subatomowe uderzają w gaz i wytwarzają promieniowanie gamma. Protony mogą być również częścią wypływu szybkich cząsteczek z krawędzi dysku akrecyjnego. Ilekroć ten wypływ uderza w obłok gazu, rozświetla się promieniowanie gamma, co wyjaśniałoby jego dziwne bicie serca.
Konieczne są dalsze obserwacje, a także prace teoretyczne, aby w pełni wyjaśnić dziwne bicie serca promieniowania gamma tego unikalnego układu, poza tym początkowym odkryciem. SS 433 nadal zadziwia obserwatorów i z pewnością przez wiele lat będzie stanowić podstawę dla ich pomysłów na produkcję i rozprzestrzenianie się promieni kosmicznych w pobliżu mikrokwazarów.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Strange gamma-ray heartbeat puzzles scientists
- Publikacja naukowa: Gamma-ray heartbeat powered by the microquasar SS 433
Źródło: DESY
Na ilustracji: Wizja artystyczna przedstawiająca mikrokwazar SS 433 (w tle) i obłok Fermi J1913+0515 (pierwszy plan). Źródło: DESY, Science Communication Lab.
