Badania prowadzone przez Uniwersytet Michigan objęły analizę danych z ponad dwóch dekad obserwacji teleskopu Chandra. Obserwacja otoczenia czarnych dziur może przynieść wiele nowych informacji.
W szczególności, badania dotyczyły wysokoenergetycznego strumienia cząstek wyrzucanych w przestrzeń kosmiczną przez supermasywną czarną dziurę w centrum galaktyki Centaurus A.
Strumienie takie są widoczne dla różnych typów teleskopów, w tym tych, które wykrywają fale radiowe, a także innych, które zbierają promieniowanie rentgenowskie. Od czasu uruchomienia teleskopu Chandra w 1999 roku wielu astronomów jest szczególnie zainteresowanych niespodziewanie jasnymi sygnałami rentgenowskimi ze strumieni. Mimo to okazało się, że obserwacje rentgenowskie uchwyciły zasadniczo te same właściwości, co te radiowe, co nie jest najbardziej ekscytującym wynikiem.
Strumienie to ogromne struktury kosmiczne – niektóre są większe niż ich galaktyki macierzyste – które wciąż kryją w sobie wiele tajemnic. Jeżeli strumień wygląda tak samo dla różnych instrumentów, nie jest to dobra wiadomość dla badaczy pracujących nad rozwikłaniem tych astrofizycznych zagadek.
Kluczem do wyjaśnienia tego, co dzieje się w strumieniu, może być zrozumienie, w jaki sposób różne pasma długości fal są powiązane z różnymi aspektami środowiska, w którym znajduje się czarna dziura – powiedział David Bogensberger, główny autor omawianego artykułu, doktorant na Uniwersytecie Michigan. Teraz mamy taką możliwość.
Nowa publikacja jest najnowszym elementem w niewielkim, ale rosnącym zbiorze badań, które zagłębiają się w dane, aby odnaleźć subtelne, lecz znaczące różnice między wynikami obserwacjami radiowych i rentgenowskich.
Strumień obserwowany pod kątem promieniowania rentgenowskiego różni się od strumieni na falach radiowych – powiedział Bogensberger. Dane rentgenowskie tworzą unikalny obraz, którego nie można zobaczyć na żadnej innej długości fali.
Bogensberger i jego współpracownicy opublikowali swoje odkrycia w czasopiśmie „The Astrophysical Journal”. Zespół przyjrzał się obserwacjom Centaura A przez Chandrę w latach 2000–2022. Bogensberger opracował w tym celu specjalny algorytm komputerowy, który śledzi jasne, nierówne cechy w strumieniu, nazywane węzłami. Śledząc węzły, które poruszały się podczas okresu obserwacji, zespół mógł następnie zmierzyć ich prędkość.
Prędkość jednego węzła była szczególnie nietypowa. Wydawało się, że porusza się on szybciej niż prędkość światła ze względu na sposób, w jaki jego położenia zmienia się w stosunku do punktu obserwacyjnego teleskopu Chandra w pobliżu Ziemi. Odległość między węzłem a teleskopem Chandra zmniejsza się prawie tak szybko, jak może podróżować światło. Zespół ustalił, że rzeczywista prędkość tego węzła wynosi co najmniej 94% prędkości światła. Wcześniej zmierzono prędkość tego węzła w podobnej lokalizacji za pomocą obserwacji radiowych. Wynik ten wskazywał na znacznie mniejszą prędkość – około 80% prędkości światła.
Oznacza to, że węzły radiowe i rentgenowskie poruszają się inaczej – powiedział Bogensberger.
Nie była to jedyny element różniący oba zbiory danych. Obserwacje radiowe węzłów sugerowały, że struktury znajdujące się najbliżej czarnej dziury poruszają się najszybciej. Jednak w nowym badaniu Bogersberger i jego koledzy znaleźli najszybszy węzeł w czymś w rodzaju obszaru centralnego – nie najdalej od czarnej dziury, ale też nie najbliżej niej.
Wciąż niewiele wiemy o strumieniach w paśmie rentgenowskim – powiedział Bogensberger. Pokazaliśmy nowe podejście do badania strumieni i myślę, że czeka nas jeszcze wiele interesującej pracy.
Bogensberger i jego zespół wykorzystają to samo podejście do zbadania innych strumieni. Dżet w Centaurus A jest wyjątkowy, ponieważ znajduje się najbliżej ze znanych nam strumieni, w odległości około 12 milionów lat świetlnych. Ta względna bliskość sprawiła, że była to dobra pierwsza opcja do testowania i walidacji metodologii zespołu. Cechy takie jak węzły stają się trudniejsze do wykrycia w strumieniach, które znajdują się dalej.
Istnieją jednak inne galaktyki, dla których można przeprowadzić taką analizę – powiedział Bogensberger. I to właśnie planuję zrobić w następnej kolejności.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
Seeing a black hole’s jet in a new light
Superluminal Proper Motion in the X-Ray Jet of Centaurus A
Źródło: Uniwersytet Michigan
Na ilustracji: Obserwatorium rentgenowskie Chandra ujawnia strumień Centaurus A, rozciągający się do lewego górnego rogu obrazu. Źródło: D. Bogensberger i inni
