Przejdź do treści

Polecamy na prezent

Potężny strumień M87 uwalnia rzadki rozbłysk gamma

Złożone obrazy M87 nałożone na wykres krzywej blasku rozbłysku gamma

Międzynarodowa współpraca EHT ujawniła nowe obserwacje rozbłysku gamma z potężnego strumienia emitowanego z centrum galaktyki M87 na wielu długościach fal.

Znana również jako Panna A lub NGC 4486, M87 jest najjaśniejszym obiektem w Gromadzie Galaktyk w Pannie, największej grawitacyjnie związanej strukturze we Wszechświecie. Stała się sławna w kwietniu 2019 roku po tym, jak naukowcy Teleskopu Horyzontu Zdarzeń (EHT) opublikowali pierwszy obraz czarnej dziury w jej centrum. Badania, których wyniki opublikowano w czasopiśmie Astronomy and Astrophysics Journal były prowadzone przez grupę roboczą EHT na wielu długościach fal, przedstawiają dane z drugiej kampanii obserwacyjnej EHT przeprowadzonej w kwietniu 2018 roku, obejmującej ponad 25 teleskopów naziemnych i orbitalnych. Autorzy donoszą o pierwszej od ponad dekady obserwacji wysokoenergetycznego rozbłysku gamma pochodzącego z supermasywnej czarnej dziury M87, dokonanej w oparciu o niemal jednoczesne widma galaktyki obejmujące najszerszy zakres długości fal, jaki kiedykolwiek zebrano.

Mieliśmy szczęście wykryć rozbłysk gamma z M87 podczas kampanii EHT na wielu długościach fal. Jest to pierwszy rozbłysk gamma zaobserwowany w tym źródle od ponad dekady, co pozwoliło nam precyzyjnie określić rozmiar regionu odpowiedzialnego za obserwowaną emisję promieniowania gamma. Obserwacje – zarówno niedawne z bardziej czułą matrycą EHT, jak i te planowane na nadchodzące lata – dostarczą bezcennych informacji i niezwykłej okazji do zbadania fizyki otaczającej supermasywną czarną dziurę M87. Wysiłki te obiecują rzucić światło na połączenie dysku i strumienia oraz odkryć pochodzenie i mechanizmy stojące za emisją fotonów gamma – powiedział Giacomo Principe, jeden z koordynatorów pracy, badacz z Uniwersytetu w Trieście. Artykuł został zaakceptowany do publikacji w Astronomy & Astrophysics.

Relatywistyczny strumień badany przez naukowców jest zaskakujący w swoim zasięgu, osiągając rozmiary przekraczające horyzont zdarzeń czarnej dziury o dziesiątki milionów razy – podobnie jak różnica między rozmiarem bakterii a największym znanym płetwalem błękitnym.

Energetyczny rozbłysk, który trwał około trzech dni i sugeruje obszar emisji o rozmiarze mniejszym niż trzy dni świetlne (~ 170 jednostek astronomicznych), ujawnił jasny wybuch wysokoenergetycznej emisji – znacznie powyżej energii zwykle wykrywanych przez radioteleskopy z regionu czarnej dziury.

Aktywność tej supermasywnej czarnej dziury jest wysoce nieprzewidywalna – trudno jest przewidzieć, kiedy nastąpi rozbłysk. Kontrastujące ze sobą dane uzyskane w 2017 i 2018 roku, reprezentujące odpowiednio fazę spoczynku i aktywną, dostarczają kluczowego wglądu w rozwikłanie cyklu aktywności tej enigmatycznej czarnej dziury – powiedział Kazuhiro Hada z Nagoya City University, który kierował obserwacjami radiowymi i analizą kampanii obejmującej wiele długości fal.

Czas trwania rozbłysku z grubsza odpowiada rozmiarowi obszaru emisji. Gwałtowna zmienność w promieniach gamma wykazuje, że obszar rozbłysku jest niezwykle mały, zaledwie około dziesięciokrotnie większy od centralnej czarnej dziury. Co ciekawe, gwałtowna zmienność obserwowana w promieniach gamma nie została wykryta w innych długościach fal. Sugeruje to, że obszar rozbłysku ma złożoną strukturę i wykazuje różne cechy w zależności od długości fali - wyjaśnił Daniel Mazin z Instytutu Badań Promieni Kosmicznych  Uniwersytetu Tokijskiego, członek zespołu teleskopu MAGIC, który wykrył rozbłysk w promieniach gamma.

Druga kampania EHT i wielofalowa w 2018 roku wykorzystały ponad dwa tuziny wysokiej klasy urządzeń obserwacyjnych, w tym należące do NASA teleskopy Fermi-LAT, HST, NuSTAR, Chandra i Swift, wraz z trzema największymi na świecie matrycami: H.E.S.S., MAGIC i VERITAS. Obserwatoria te są czułe odpowiednio na fotony rentgenowskie oraz wysokoenergetyczne promieniowanie gamma o bardzo wysokiej energii (VHE). Podczas kampanii instrument LAT na pokładzie obserwatorium kosmicznego Fermi wykrył wzrost strumienia wysokoenergetycznego promieniowania gamma o energiach do miliardów razy większych niż światło widzialne. Następnie Chandra i NuSTAR zebrały wysokiej jakości dane w paśmie rentgenowskim. Obserwacje radiowe East Asian VLBI Network (EAVN) wykazały pozorną roczną zmianę kąta położenia strumienia w odległości kilku mikrosekund łuku od jądra galaktyki.

Łącząc informacje o zmianie kierunku strumienia, rozkładzie jasności pierścienia obserwowanego przez EHT i aktywności promieniowania gamma, możemy lepiej zrozumieć mechanizmy stojące za produkcją promieniowania o bardzo wysokiej energii – powiedział Motoki Kino z Uniwersytetu Kogakuin, koordynator obserwacji EAVN podczas kampanii.

Dane wykazują również znaczną zmienność kąta położenia asymetrii pierścienia (tzw. horyzontu zdarzeń czarnej dziury) i położenia strumienia, co sugeruje fizyczną zależność między tymi strukturami w bardzo różnych skalach. Badacz wyjaśnił: Na pierwszym obrazie uzyskanym podczas kampanii obserwacyjnej w 2018 roku widać było, że emisja wzdłuż pierścienia nie była jednorodna, prezentując tym samym asymetrie (tj. jaśniejsze obszary). Kolejne obserwacje przeprowadzone w 2018 roku i związane z tym artykułem potwierdziły dane, podkreślając, że kąt położenia asymetrii uległ zmianie.

Zespół porównał także zaobserwowane szerokopasmowe widma o wielu długościach fali z teoretycznymi modelami emisji. Rozbłysk z 2018 roku wykazywał szczególnie silne rozjaśnienie w promieniach gamma. Możliwe, że cząstki o ultra wysokiej energii uległy dodatkowemu przyspieszeniu w tym samym obszarze emisji, który obserwowano w stanach ciszy, lub że nowe przyspieszenie nastąpiło w innym obszarze emisji – powiedział Tomohisa Kawashima z Instytutu Badań Promieni Kosmicznych Uniwersytetu Tokijskiego, który przeprowadził symulację przy użyciu superkomputera zainstalowanego w NRAO.

Od dawna jest zagadką, jak i gdzie cząstki są przyspieszane w strumieniach supermasywnych czarnych dziur. Po raz pierwszy możemy połączyć bezpośrednie obrazowanie obszarów bliskiego horyzontu zdarzeń podczas rozbłysków gamma z wydarzeń przyspieszania cząstek i przetestować teorie dotyczące pochodzenia rozbłysków – powiedziała Sera Markoff, profesor na Uniwersytecie Amsterdamskim i współautorka artykułu.

Odkrycie to toruje drogę do stymulowania przyszłych badań i potencjalnych przełomów w zrozumieniu Wszechświata.
 

Więcej informacji:

Opracowanie: Agnieszka Nowak
Źródło: Nagoya City University

Na ilustracji: Złożone obrazy M87 nałożone na wykres krzywej blasku rozbłysku gamma. Źródło: EHT Collaboration, Fermi-LAT Collaboration, H.E.S.S. Collaboration, MAGIC Collaboration, VERITAS Collaboration, EAVN Collaboration

Reklama