Rentgenowskie echo gwiazdy rozrywanej przez czarną dziurę

Jakieś 3,9 miliarda lat temu w sercu odległej galaktyki intensywne oddziaływania pływowe czarnej dziury monstrualnych rozmiarów rozerwały gwiazdę, która za bardzo się do niej zbliżyła. Kiedy promieniowanie rentgenowskie wyemitowane podczas tego zdarzenia dotarły do Ziemi 28 marca 2011 roku, zostały zarejestrowane przez satelitę Swift, która automatycznie poinformowała o tym astronomów na całym świecie. W ciągu zaledwie kilku dni naukowcy doszli do wniosku, że rozbłysk oznaczony Swift J1644+57 pochodził od pływowego rozerwania gwiazdy i nagłego rozbłysku wcześniej nieaktywnej czarnej dziury.

Teraz astronomowie korzystający z archiwalnych obserwacji Swifta, europejskiego obserwatorium XMM-Newton i japońskiego satelity Suzaku zidentyfikowali odbicia rozbłysków rentgenowskich wyemitowanych podczas tego zdarzenia. Zespół naukowców pracujących pod kierownictwem Erin Kara z Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland wykorzystał te swego rodzaju echo świetlne, odbicia światła do stworzenia mapy przepływu gazu w pobliżu na nowo obudzonej czarnej dziury.

„Choć jak na razie nie wiemy co powoduje emisję rozbłysków rentgenowskich w pobliżu czarnej dziury, to wiemy, że gdy do takiego rozbłysku dochodzi, możemy wykryć jego echo kilka minut później kiedy światło już dotarło i oświetliło część tego przepływu,” tłumaczy Kara. „Ta technika, zwana mapowanie echa rentgenowskiego, już wcześniej wykorzystywana była do badania stabilnych dysków wokół czarnych dziur. Teraz, po raz pierwszy w historii, zastosowaliśmy tę technikę do nowego dysku powstałego wskutek rozerwania gwiazdy przez oddziaływania pływowe.”

Wizja artystyczna przedstawia gęsty dysk akrecyjny uformowany wokół supermasywnej czarnej dziury wskutek rozerwania pływowego gwiazdy, która za bardzo się zbliżyła do czarnej dziury. Szczątki gwiazd opadły na czarną dziurę i utworzyły gęsty chaotyczny dysk gorącego gazu. Rozbłyski promieniowania rentgenowskiego z obszaru znajdującego się blisko dysku powodują powstawanie echo świetlnego, które pozwala astronomom odtworzenie struktury dysku. Źródło: NASA/Swift/Aurore Simonnet, Sonoma State University
Wizja artystyczna przedstawia gęsty dysk akrecyjny uformowany wokół supermasywnej czarnej dziury wskutek rozerwania pływowego gwiazdy, która za bardzo się zbliżyła do czarnej dziury. Szczątki gwiazd opadły na czarną dziurę i utworzyły gęsty chaotyczny dysk gorącego gazu. Rozbłyski promieniowania rentgenowskiego z obszaru znajdującego się blisko dysku powodują powstawanie echo świetlnego, które pozwala astronomom odtworzenie struktury dysku. Źródło: NASA/Swift/Aurore Simonnet, Sonoma State University

Szczątki gwiazdy opadające w kierunku czarnej dziury zbierają się w rotującą strukturę zwaną dyskiem akrecyjnym. To właśnie w nim dysk jest sprężany i podgrzewany do milionów stopni jeszcze zanim wpadnie za horyzont zdarzeń czarnej dziury. Dysk akrecyjny Swift J1644+57  był gęstszy, bardziej burzliwy i bardziej chaotyczny niż stabilne dyski, które miały czas się ustatkować. Naukowcy zaprezentowali wyniki swoich badań w artykule opublikowanym online w periodyku Nature.

Jednym z zaskoczeń był fakt, że wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie ma swoje źródło w wewnętrznej części dysku. Astronomowie dotychczas uważali, że większość tego promieniowania ma swoje źródło w wąskim dżecie cząstek przyspieszanych do prędkości bliskiej prędkości światła. W blazarach – najjaśniejszej klasie galaktyk – napędzanych przez supermasywne czarne dziury, to właśnie dżety emitują najwięcej wysoko-energetycznego promieniowania.

„Faktycznie zaobserwowaliśmy dżet emitowany z Swift J1644, jednak promieniowanie rentgenowskie pochodziły ze zwartego obszaru w pobliżu czarnej dziury, u podstawy gazu wpływającego do czarnej dziury,” mówi współautor opracowania Lixin Dai z UMCP.


Zostań Patronem Pulsu Kosmosu! http://patronite.pl/pulskosmosu


Promieniowanie rentgenowskie powstające w pobliżu czarnej dziury wzbudza jony żelaza w wirującym gazie sprawiając, że zaczynają emitować charakterystyczną, wysoko-energetyczną poświatę zwaną emisją w linii K.  Wraz ze wzrostami i spadkami jasności rozbłysku rentgenowskiego, gaz robi to samo z nieznacznym opóźnieniem zależnym od odległości od źródła.

„Samo promieniowanie rejestrowane w rozbłysku ma inne właściwości niż jego echo, i możemy dostrzec takie odbicia monitorując zmiany jasności na poszczególnych poziomach energii w zakresie rentgenowskim,” – mówi współautor opracowania Jon Miller, profesor astronomii z University of Michigan w Ann Arbor.

Swift J1644+57 to jedno z trzech tego typu rozerwań pływowych, przy których wyemitowane zostało wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie. Co więcej, do dzisiaj jest to jedyne tego typu zjawisko zarejestrowane w maksimum emisji. Takie rozerwanie gwiazdy na krótki okres czasu aktywują czarne dziury, o których w przeciwnym razie astronomowie nawet by nie wiedzieli. Astronomowie szacują, że na każdą czarną dziurę, która aktualnie akreuje materię i emituje promieniowanie przypada dziewięć innych, uśpionych i całkowicie ciemnych. Te ciemne czarne dziury były aktywne we wczesnych okresach historii Wszechświata i odgrywały istotną rolę w ewolucji galaktyk.

Zdjęcia zarejestrowane przez Swift w zakresie ultrafioletowym i widzialnym (biały, fioletowy) oraz przez teleskopy rentgenowskie (żółty, czerwony) zostały połączone, aby stworzyć powyższe zdjęcie Swift J1644+57, rentgenowskiego rozbłysku spowodowanego przez pływowe rozerwanie gwiazdy. Źródło: NASA/Swift/Stefan Immler
Zdjęcia zarejestrowane przez Swift w zakresie ultrafioletowym i widzialnym (biały, fioletowy) oraz przez teleskopy rentgenowskie (żółty, czerwony) zostały połączone, aby stworzyć powyższe zdjęcie Swift J1644+57, rentgenowskiego rozbłysku spowodowanego przez pływowe rozerwanie gwiazdy. Źródło: NASA/Swift/Stefan Immler

„Jeżeli będziemy obserwować tylko aktywne czarne dziury, możemy ograniczać się tylko do wąskiej grupy,” mówi członek zespołu naukowego Chris Reynolds, profesor astronomii na UMCP. „Może być też tak, że te czarne dziury mieszczą się tylko w pewnym wąskim zakresie spinów i mas czarnych dziur. Dlatego też trzeba badać całą populację, aby upewnić się, że nie skupiamy się tylko na jednej grupie.”

Naukowcy szacują, że masa czarnej dziury w Swift J1644+57 równa jest masie około miliona mas Słońca. Nie udało się natomiast zmierzyć jej spinu.

Źródło: NASA

Komentarze

comments