Czarna dziura skrywająca się we własnych spalinach

Wizja artystyczna przedstawiająca centrum galaktyki NGC 1068, w którym znajduje się aktywna masywna czarna dziura.
Wizja artystyczna przedstawiająca centrum galaktyki NGC 1068, w którym znajduje się aktywna masywna czarna dziura.

Supermasywne czarne dziury o masie miliony, a nawet miliardy razy większe od masy Słońca zalegają w centrach masywnych galaktyk. Wiele z tych galaktycznych behemotów skrywa się w gęstym pierścieniu pyłu i gazu przypominającym torus. Wcześniejsze obserwacje wskazywały, że ta swego rodzaju opona otaczająca czarną dziurę powstaje z materii znajdującej się w pobliżu centrum galaktyki.

Jednak nowe dane zebrane za pomocą obserwatorium ALMA wskazują, że czarna dziura znajdująca się w centrum galaktyki NGC 1068 sama jest źródłem swojego pyłowo-gazowego torusa materii. Owa materia została wyrzucona z dysku akrecyjnego wokół gwiazdy.

Nowo odkryta kosmiczna fontanna zimnego gazu i pyłu może zmienić nasze postrzeganie wpływu czarnych dziur na ich galaktyki macierzyste, a nawet na ośrodek międzygalaktyczny.

„Pomyśl o czarnej dziurze jak o silniku. Jest ona zasilana przez materię opadającą na nią z płaskiego dysku pyłu i gazu,” mówi Jack Gallimore, astronom z Bucknell University w Lewisburgu w Pensylwanii, główny autor artykułu opublikowanego w Astrophysical Journal Letters. „Tak jak każdy silnik, czarna dziura może także emitować spaliny.” To właśnie te spaliny najprawdopodobniej są źródłem torusa materii skutecznie zasłaniającego obszar wokół supermasywnej czarnej dziury i niepozwalającego tam zajrzeć teleskopom optycznym.

NGC 1068 (znana także jako Messier 77) to galaktyka spiralna z poprzeczka znajdująca się jakieś 47 milionów lat świetlnych od Ziemi w kierunku Gwiazdozbioru Wieloryba. W jej centrum znajduje się aktywne jądro galaktyczne, supermasywna czarna dziura bezustannie karmiąca się cienki, rotującym dyskiem gazu i pyłu, tzw. dyskiem akrecyjnym. Zbliżając się w kierunku czarnej dziury, owa materia jest ogrzewana do ekstremalnie wysokich temperatur i zaczyna świecić w zakresie ultrafioletowym. Zewnętrzne ostępy dysku akrecyjnego są znacznie chłodniejsze i świecą jaśniej głównie w zakresie podczerwonym i milimetrowym – tam gdzie obserwuje ALMA.

1-blackholehid
Zdjęcie centralnego obszaru galaktyki NGC 1068. Torus materii skrywający supermasywną czarną dziurę został powiększony w osobnym oknie.Ten obszar rozciąga się na 40 lat świetlnych i składa się z materii wyrzuconej z dysku akrecyjnego otaczającego centralną czarną dziurę.

Wykorzystując możliwości obserwatorium ALMA, międzynarodowy zespół astronomów zajrzał głęboko w ten region i odkrył mnóstwo chłodnych obłoków tlenku węgla przy zewnętrznej części dysku akrecyjnego . Energia z gorącej, wewnętrznej części dysku częściowo jonizuje te obłoki, pozwalając im na przylgnięcie do linii silnego pola magnetycznego otaczających dysk.

Niczym woda wylatująca gwałtownie z rotującej końcówki zraszacza ogrodowego, obłoki unoszące się nad dyskiem akrecyjnym są przyspieszane odśrodkowo wzdłuż linii pola magnetycznego do bardzo wysokich prędkości – ok. 400-800 kilometrów na sekundę. To niemal trzykrotnie wyższa prędkość niż prędkość rotacji zewnętrznej części dysku akrecyjnego, wystarczająco wysoka, aby obłoki mogły oddalić się w dalsze rejony galaktyki.

„Owe obłoki przemieszczają się tak szybko, że mogą osiągnąć prędkość ucieczki i zostać wyrzucone z dysku,” mówi Gallimore. „Dzięki ALMA możemy po raz pierwszy zaobserwować, że to właśnie wyrzucany przez czarną dziurę gaz następnie ją ukrywa przed naszymi oczami, a nie gaz na nią opadający.” To mówi nam, że ogólna teoria opisująca aktywną czarna dziurę jest zbytnio uproszczona.

Źródło: NRAO