Chór czarnych dziur promieniuje w zakresie rentgenowskim

dnia 29/07/2016
Niebieskie kropki w tym polu galaktyk zwanym polem COSMOS, przedstawiają galaktyki zawierające supermasywne czarne dziury emitujące wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie. Zostały one odkryte za pomocą Nuclear Spectroscopic Array (NuSTAR), który dostrzegł 32 takie czarne dziury w tym polu i zaobserwował setki innych na całym niebie.  Kropki zaznaczone innym kolorem to galaktyki zawierające czarne dziury emitujące nisko-energetyczne promieniowanie rentgenowskie, dostrzeżone za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra. Chandra rejestruje promienie X o energii 0,5 do 7 kiloelektronowoltów, a NuSTAR między 8 a 24 kiloelektronowoltów. Źródło: NASA/JPL-Caltech

Niebieskie kropki w tym polu galaktyk zwanym polem COSMOS, przedstawiają galaktyki zawierające supermasywne czarne dziury emitujące wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie. Zostały one odkryte za pomocą Nuclear Spectroscopic  Telescope Array (NuSTAR), który dostrzegł 32 takie czarne dziury w tym polu i zaobserwował setki innych na całym niebie. Kropki zaznaczone innym kolorem to galaktyki zawierające czarne dziury emitujące nisko-energetyczne promieniowanie rentgenowskie, dostrzeżone za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra. Chandra rejestruje promienie X o energii 0,5 do 7 kiloelektronowoltów, a NuSTAR między 8 a 24 kiloelektronowoltów. Źródło: NASA/JPL-Caltech

Supermasywne czarne dziury nie emitują własnego promieniowania, stąd słowo „czarne” w ich nazwie. Niemniej jednak wiele czarnych dziur przyciąga, lub akreuje, otaczającą ją materię i emituje silne rozbłyski promieniowania gamma. Łącznie, te aktywne czarne dziury na całym niebie brzmią niczym kosmiczny chór śpiewający w zakresie rentgenowskim. Ich najbardziej popularnym „utworem” jest rentgenowskie promieniowanie tła.

Jak dotąd misja Chandra umożliwiła zlokalizowanie wielu pojedynczych czarnych dziur przyczyniających się do tego rentgenowskiego promieniowania tła, jednak czarne dziury uwalniające wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskiego – to o wysokim tonie głosu – pozostawały nieuchwytne.

Nowe dane zebrane za pomocą Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) po raz pierwszy pozwalają na identyfikację dużej liczby czarnych dziur emitujących wysokoenergetyczne promienie X. Inaczej mówiąc, NuSTAR umożliwił znaczący postęp w zwiększaniu rozdzielczości wysokoenergetycznego rentgenowskiego promieniowania tła.

„Przeszliśmy z rozdzielania zaledwie 2 procent wysokoenergetycznego promieniowania tła w zakresie rentgenowskim do 35 procent,” mówi Fiona Harrison, profesor fizyki i astronomii na Caltech, główna badaczka misji NuSTAR oraz główna autorka artykułu opisującego odkrycie w nadchodzącym wydaniu The Astrophysical Journal. „Jesteśmy w stanie dojrzeć najbardziej ukryte czarne dziury, skrywające się za gęstym pyłem i gazem.”

Wyniki z czasem pozwolą astronomom zrozumieć w jaki sposób zmienia się sposób wzrostu supermasywnych czarnych dziur – główny czynnik w rozwoju czarnych dziur i ich galaktyk macierzystych. Przykładowo supermasywna czarna dziura w centrum naszej Drogi Mlecznej aktualnie jest uśpiona, jednak na pewnym etapie w przeszłości także pochłaniała duże ilości gazu i zwiększała swoją masę.

Gdy czarne dziury rosną, ich intensywna grawitacja przyciąga otaczającą je materię. Materia ogrzewa się do ekstremalnie wysokich temperatur, a cząsteczki przyspieszane są do prędkości bliskich prędkości światła. Oba te procesy sprawiają, że otoczenie czarnej dziury zaczyna świecić w zakresie rentgenowskim. Supermasywna czarna dziura pochłaniająca duże ilości materii będzie emitowała więcej wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego.

NuSTAR to pierwszy teleskop zdolny do wyraźnego rejestrowania tych wysokoenergetycznych promieni X.

„Przed uruchomieniem NuSTAR, rentgenowskie tło w zakresie wysokich energii było rozmytym obrazem. Nie można było w num dostrzec pojedynczych źródeł promieniowania,” mówi Harrison. „Aby dowiedzieć się co tak naprawdę za nie odpowiada, musieliśmy zlokalizować i policzyć pojedyncze źródła promieniowania X.”

„Wiedzieliśmy, że w naszym kosmicznym chórze mieliśmy śpiewaków o wysokim tonie głosu, jednak nie wiedzieliśmy czy te dźwięki wydawane są przez wielu mniejszych, cichych chórzystów czy kilku z mocnym głosem. Teraz, dzięki NuSTAR możemy lepiej zrozumieć czarne dziury i zacząć odpowiadać na te pytania,” mówi Daniel Stern, naukowiec projektu NuSTAR z JPL.

Wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie pozwala nam dostrzec co znajduje się wokół najbardziej przesłoniętych supermasywnych czarnych dziur, których w przeciwnym razie nie bylibyśmy w stanie dostrzec. Tak jak medyczne urządzenia rentgenowskie przenikają przez naszą skórę i ukazują kości naszego szkieletu, NuSTAR może przeniknąć przez pył i gaz w pobliżu czarnej dziury i dojrzeć co dzieje się w jej bezpośrednim otoczeniu.

Źródło: Caltech

Dodaj komentarz