Jedna czy dwie czarne dziury. Obłoki pyłu mogą tłumaczyć zachowanie aktywnych jąder galaktycznych

Wizja artystyczna przedstawiająca aktywne jądro galaktyczne z bliska. Dysk akrecyjny odpowiada tu za niezwykle jasne centrum. Źródło: Peter Z. Harrington

Badacze z University of California w Santa Cruz (UCSC) uważają, że obłoki pyłu, a nie podwójne czarne dziury, mogą tłumaczyć niektóre z cech aktywnych jąder galaktycznych (AGN, ang. active galactic nuclei). Wyniki swoich badań badacze zawarli w swoim artykule naukowym opublikowanym 14 czerwca w periodyku Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Wiele dużych galaktyk posiada AGN, małe jasne obszary centralne zasilane przez materię spiralnie zbliżającą się do supermasywnej czarnej dziury. Gdy owe czarne dziury intensywnie pożerają materię, otoczone są przez gorący, szybko poruszający się gaz zawierający się w tzw. “obszarze szerokich linii emisyjnych” (zwanym tak dlatego, że linie widmowe tego regionu są szersze z uwagi na duże prędkości gazu).

Promieniowanie emitowane przez ten gaz jest jednym z najlepszych źródeł informacji o masie centralnej czarnej dziury oraz o procesie jej wzrostu. Natury tego gazu jednak jak dotąd zbyt dobrze nie znaliśmy. W szczególności naukowcom wydaje się, że jest zaskakująco mało emisji z gazu poruszającego się z pewnymi określonymi prędkościami. Analiza prostych modeli doprowadziła naukowców do stwierdzenia, że wiele AGNów może w rzeczywistości posiadać nie jedną, a dwie czarne dziury w swoim wnętrzu.

Najnowsze badania przeprowadzone przez Martina Gaskella sugerują, że zamiast dwóch czarnych dziur, większość obserwowanej złożoności i zmienności w emisji obszaru szerokich linii jest wynikiem obecności małych obłoków pyłowych, które mogą częściowo przesłaniać najbardziej wewnętrzne obszary AGNów.

Komentując, Gaskell stwierdził: “Udało nam się wykazać, że wiele tajemniczych właściwości aktywnych jąder galaktycznych można wytłumaczyć niewielkim pyłowymi obłokami, które troszeczkę zmieniają to co widzimy.”

Współautor opracowania Peter Harrington, doktorant na UCSC, który rozpoczął swoją pracę w tym projekcie jeszcze jako student, tłumaczy, że gaz zbliżający się po spirali w kierunku centralnej czarnej dziury w środku galaktyki, tworzy płaski “dysk akrecyjny”, a superogrzany gaz w tym dysku akrecyjnym emituje  intensywne promieniowanie termiczne. Część tego promieniowania jest “przetwarzana” (pochłaniana i reemitowana) przez wodór i inne gazy wirujące nad dyskiem akrecyjnym w obszarze szerokich linii. Ponad nimi znajduje się obszar pyłu.

“Gdy pył przekroczy pewien próg poddawany jest oddziaływaniu silnego promieniowania z dysku akrecyjnego” mówi Harrington. Autorzy uważają, że owo promieniowanie jest na tyle intensywne, że wywiewa pył z dysku, powodując niejednorodne wypływy obłoków pyłowych, które mają swój początek na zewnętrznej krawędzi obszaru szerokich linii.

Wpływ obłoków pyłowych na emitowane promieniowanie jest taki, że promieniowanie zza nich staje się słabsze i czerwieńsze, tak samo jak ziemska atmosfera sprawia, że blask słońca staje się słabszy i czerwieńszy podczas zachodu słońca. Gaskell i Harrington opracowali kod komputerowy umożliwiający modelowanie wpływu tych obłoków pyłowych na obserwacje obszaru szerokich linii.

Naukowcy wykazali także, że uwzględniając obłoki pyłowe w swoim modelu, są w stanie odtworzyć wiele cech emisji z obszaru szerokich linii, które od dawna intrygowały astrofizyków. Zamiast gazu o asymetrycznym rozkładzie w przestrzeni, który byłby trudny do wyjaśnienia, ów gaz p prostu wypełnia jednorodny, symetryczny, burzliwy dysk wokół czarnej dziury. Widoczne asymetryczności i zmiany spowodowane są przez obłoki pyłowe przechodzące przed obszarem szerokich linii i sprawiające, że obszary znajdujące się za nimi wyglądają na słabsze i bardziej czerwone.

“Uważamy, że jest to dużo bardziej naturalne wyjaśnienie asymetryczności i zmian niż bardziej egzotyczne teorie mówiące na przykład o podwójnych czarnych dziurach” mówi Gaskell. “Nasze wyjaśnienie pozwala nam zachować prostotę standardowego modelu  materii opadającej spiralnie na pojedynczą czarną dziurę”.

Źródło: RAS

Artykuł źródłowy: http://dx.doi.org/10.1093/mnras/sty848