Dieta czarnej dziury w galaktyce Markarian 1018

Być może astronomom udało się rozwiązać zagadkę osobliwego, chaotycznego zachowania supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki. Połączone dane zebrane za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra i innych obserwatoriów wskazują, że tej konkretnej czarnej dziurze zabrakło paliwa, przez co jej otoczenie przestało jasno świecić.

Wiele galaktyk charakteryzuje się ekstremalnie jasnym jądrem napędzanym przez materię opadającą na supermasywną czarną dziurę. Te tak zwane “aktywne jądra galaktyczne” (AGN, ang. active galactic nuclei) są jednymi z najjaśniejszych obiektów we Wszechświecie.

Astronomowie dzielą AGNy na dewa główne typy w zależności od właściwości emitowanego przez nie światła. Jeden z tych typów jest zazwyczaj jaśniejszy od drugiego. Jasność zasadniczo zależy od jednego lub obu następujących czynników: AGN może być przesłonięty przez otaczający go gaz i pył, lub AGN może być ciemny ponieważ tempo “pożerania” materii przez supermasywną czarną dziurę jest niskie.

Niektóre obserwowane AGNy zmieniały jeden typ na drugi w ciągu zaledwie 10 lat, czyli czasie krótszym niż mrugnięcie oka w skali astronomicznej. Niemniej jednak, AGN związany z galaktyką Markarian 1018 wyróżnia się na ich tle, jako, że zmienił typ już dwukrotnie: z ciemnego na jasny AGN w latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku i z powrotem na ciemny w ciągu ostatnich pięciu lat. Taki pełen cykl zmian zaobserwowano w przypadku kilku AGNów, jednak żaden z nich nie został zbadany tak szczegółowo jak ten. W trakcie drugiej zmiany typu AGN związany z galaktyką Markarian 1018 w latach 2010-2016 pociemniał ośmiokrotnie w zakresie rentgenowskim.

Po odkryciu zmiennej natury tego AGNu w ramach projektu badawczego realizowanego na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT), astronomowie poprosili i otrzymali czas obserwacyjny zarówno na Obserwatorium Rentgenowskim Chandra jak i na Kosmicznym Teleskopie Hubble’a. Powyższe zdjęcie przedstawia AGN w zakresie optycznym, zarejestrowany za pomocą VLT (po lewej) oraz centralny region galaktyki wskazujący punktowe źródło w zakresie rentgenowskim na zdjęciu wykonanym przez obserwatorium Chandra (po prawej).

Dane z teleskopów naziemnych, włącznie z VLT pozwoliły badaczom wyeliminować scenariusz, w którym wzrost jasności AGNu był spowodowany przez rozerwanie przez czarną dziurę i pożarcie pojedynczej gwiazdy. Dane z VLT każą także powątpiewać, że za zmiany jasności AGNu może odpowiadać przesłonięcie przez gaz znajdujący się między nami a galaktyką.

Niemniej jednak, rzeczywisty mechanizm odpowiedzialny za zaskakującą zmienność AGNu pozostawał tajemnicą do momentu przeanalizowania danych zebranych za pomocą Chandry i Hubble’a. Obserwacje z Chandry wykonane w 2010 i 2016 roku wykazały, że przesłonięcie przez gaz nie jest odpowiedzialne za spadek jasności. Zamiast tego modele promieniowania w zakresie optycznym i ultrafioletowym zarejestrowanego przez Hubble, Galaxy Evolution Explorer (GALEX) oraz Sloan Digital Sky Survey  w fazie jasnej i ciemnej wskazują, że AGN przygasł bowiem zabrakło materii opadającej na supermasywną czarną dziurę. Tego typu głodówka może także tłumaczyć spadek jasności AGNu w zakresie rentgenowskim.

Jednym z możliwych wytłumaczeń takiej głodówki jest zakłócenie procesu opadania materii na czarną dziurę. Mogłoby do niego dojść np. wskutek interakcji z drugą supermasywną czarną dziurą w układzie. Podwójny układ czarnych dziur jest możliwym wytłumaczeniem, bowiem galaktyka ta jest efektem kolizji i połączenia się dwóch dużych galaktyk, a w centrum każdej z nich najprawdopodobniej istniała osobna czarna dziura.

Oprócz wymienionych powyżej obserwatoriów do wyników badań przyczyniły się także misje NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) oraz Swift.

Dwa artykuły, z których autorem pierwszego jest Bernd Husemann (do niedawna ESO, aktualnie Instytut Astronomii Maxa Plancka), a drugiego Rebecca McElroy (University of Sydney), opisujące wyniki badań opublikowano we wrześniowym wydaniu periodyku Astronomy & Astrophysics.

Źródło: Chandra X-ray Center