Źródłem dżetu o długości 160 tysięcy lat świetlnych jest szybko rosnąca supermasywna czarna dziura, czyli kwazar oznaczony przez astronomów jako PSO J352.4034-15.3373 (w skrócie: PJ352-15). Znajduje się on w centrum młodej galaktyki w odległości 12.7 miliarda lat świetlnych od nas (z=5.83) w gwiazdozbiorze Wodnika.
Powyższy rysunek przedstawia wizję artystyczną kwazara podobnego do PJ352-52 i jego dżetu. Jest to widok kwazara z bliskiej odległości. Na dole po lewej stronie widać materię orbitującą w dysku dookoła supermasywnej czarnej dziury. Gdy straci ona dostatecznie dużo prędkości i energii, to może opaść bliżej centrum i przekroczyć tak zwany horyzont zdarzeń, czyli obszar, z którego już nie ma powrotu – pokazany, jako czarny dysk.
W tym czasie część materii zostaje przekierowana na zewnątrz czarnej dziury w postaci wąskiej wiązki cząstek, czyli dżetu, który jest widoczny po prawej stronie omawianej ilustracji. Te bardzo energetyczne dżety cząstek poruszających się z ogromnymi prędkościami są zasilane przez pola magnetyczne. Dżety mogą mieć dramatyczny wpływ na dysk, ponieważ jest to źródło wyprowadzania energii z układu. Jest to jeden z głównych sposobów utraty energii przez materię w dysku i tym samym zwiększa to tempo powiększania masy czarnych dziur.
Druga grafika pokazana poniżej, zawiera dane obserwacyjne PJ352-15 z satelity rentgenowskiego Chandra (kolor fioletowy), które zostały połączone odpowiednio z obserwacjami w zakresie optycznym (teleskop Gemini-North) i podczerwonym (teleskop Keck I).
Ogółem astronomowie obserwowali kwazara PJ352-15 za pomocą satelity Chandra przez trzy dni, by zarejestrować ślady dżetu rentgenowskiego.
Okazało się, że emisje rentgenowskie rozciągają się aż na około 160 tysięcy lat świetlnych od kwazara w tym samym kierunku co obserwowany jako znacznie krótszy dżet radiowy. Dla porównania, cała Droga Mleczna rozciąga się na około 100 tysięcy lat świetlnych. W obserwacjach satelity Chandra nie widać ciągłej struktury dżetu najprawdopodobniej z tego względu, że przy takim czasie naświetlania uwidoczniły się tylko najjaśniejsze jego fragmenty.
Obraz kwazara PJ352-15 o polu widzenia ~25" (475000 l.św.) uzyskany dzięki połączeniu zdjęć z satelity rentgenowskiego Chandra (kolor fioletowy), teleskopu Gemini-North (zakres widzialny - kolor cyjan) i teleskopu Keck I (podczerwień - kolor czerwony). Źródło: NASA / CXO / JPL / T. Connor / Gemini / NOIRLab / NSF / AURA / W.M. Keck Observatory
Promieniowanie X z kwazara PF352-15 powstało, gdy Wszechświat liczył zaledwie 980 milionów lat – co odpowiada mniej niż 1/10 obecnego wieku Wszechświata. W tym okresie natężenie mikrofalowego promieniowania tła / promieniowania reliktowego było znacznie większe niż obecnie.
Elektrony w dżecie oddalały się od supermasywnej czarnej dziury z prędkością zbliżoną do prędkości światła. Zderzały się z fotonami promieniowania reliktowego i zwiększały ich energię do zakresu rentgenowskiego. Te fotony X zostały zarejestrowane na obrazie dżetu naświetlanym przez 3 dni, który widać powyżej.
W tym scenariuszu jasność dżetu w zakresie rentgenowskim jest znacząco wzmocniona w porównaniu do zakresu radiowego. Zgadza się to z obserwacjami, że duże struktury w dżetach rentgenowskich nie są związane z emisjami radiowymi.
Kwazar PJ352-15 dzierży kilka rekordów astronomicznych. Po pierwsze, jest to najdłuższy dżet liczący około 5000 lat świetlnych jaki dotychczas zaobserwowali astronomowie w zakresie radiowym – z okresu, gdy Wszechświat liczył mniej niż miliard lat. Po drugie, PJ352-15 jest o około 300 milionów lat świetlnych dalej niż znany do tej pory najbardziej odległy dżet rentgenowski.
Nasze wyniki pokazują, że obserwacje w zakresie rentgenowskim mogą być jedną z najlepszych metod badania kwazarów z dżetami we wczesnym Wszechświecie – powiedział Daniel Stern (współautor publikacji i astronom z Jet Propulsion Laboratory) – Lub mówiąc inaczej, w przyszłości obserwacje rentgenowskie mogą być kluczem do odkrycia tajemnic naszej kosmicznej przeszłości.
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Więcej informacji:
Publikacja naukowa: Enhanced X-ray Emission from the Most Radio-Powerful Quasar in the Universe's First Billion Years
PJ352-15: Gigantic Jet Spied From Black Hole in Early Universe
Źródło: NASA
Na ilustracji: wizja artystyczna kwazara podobnego do PJ352-52 i jego dżetu z bliskiej odległości. Źródło: NASA / CXC / M. Weiss
