Jedna czy dwie czarne dziury? Obłoki pyłu tłumaczą niejednorodności AGN

Badacze z University of California w Santa Cruz (UCSC) uważają, że obłoki pyłu, a nie podwójne czarne dziury, mogą tłumaczyć struktury odkrywane w aktywnych jądrach galaktycznych (AGN). Wyniki prac zespołu opublikowano w czerwcu w periodyku Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Wiele dużych galaktyk posiada AGN, mały jasny obszar centralny zasilany przez materię opadającą spiralnie na supermasywną czarną dziurę. Gdy takie czarne dziury łapczywie pożerają materię, otoczone są przez gorący, szybko poruszający się gaz, tzw. obszar szerokich linii (nazwa odnosi się do faktu poszerzenia linii widmowych w tym obszarze z uwagi na wysoką prędkość gazu).

Promieniowanie emitowane przez ten gaz jest jednym z najlepszych źródeł informacji o masie centralnej czarnej dziury i procesie jej wzrostu. Natura tego gazu jest jednak słabo poznana; dokładnie rzecz biorąc zauważamy mniej emisji niż oczekiwano od gazu poruszającego się z określonymi prędkościami. Podważenie prostych modeli sprawiło, że część astrofizyków zaczęła uważać, że wiele AGNów może mieć nie jedną, a dwie czarne dziury w swoim centrum.

Najnowsze badania, którymi kieruje Martin Gaskell z USCS tłumaczą sporą część obserwowanej złożoności i zmienności emisji z obszaru szerokich linii, małymi obłokami pyłu, które mogą częściowo przesłaniać najbardziej wewnętrzne obszary AGN.

Wykazaliśmy, że wiele z tych tajemniczych właściwości aktywnych jąder galaktycznych mogą tłumaczyć te małe obłoki pyłowe zmieniające to co obserwujemy – mówi Gaskell.

Peter Harrington, współautor opracowania, doktorant na UCSC, który rozpoczął pracę nad tym projektem jeszcze jako student, tłumaczy, że gaz opadający spiralnie w kierunku centralnej czarnej dziury tworzy płaski dysk akrecyjny, a superrozgrzany gaz w dysku akrecyjnym emituje intensywne promieniowanie termiczne. Część tego światła jest ponownie pochłaniana i re-emitowana przez wodór i inne gazy wirujące poza dyskiem akrecyjnym, w obszarze szerokich linii. Poza nimi znajduje się region wypełniony pyłem.

“Gdy pył przekroczy pewien punkt graniczny poddawany jest oddziaływaniu silnego promieniowania z dysku akrecyjnego” mówi Harrington. Autorzy opracowania uważają, że promieniowanie jest tak tak intensywne, że wywiewa pył z dysku powodując powstanie niejednorodnego wypływu obłoków pyłowych, który ma swój początek na zewnętrznej krawędzi obszaru szerokich linii.

Wpływ obłoków pyłu na promieniowanie emitowane jest taki, że sprawiają one, że światło pochodzące zza nich wydaje się słabsze i bardziej czerwone, tak samo jak działa ziemska atmosfera na światło docierające do powierzchni Ziemi podczas zachodu słońca. Gaskell i Harrington opracowali kod komputerowy, który pozwala modelować wpływ tych obłoków pyłu na obserwacje obszaru szerokich linii.

Naukowcy wykazali, że dołączając obłoki pyłowe do modelu, może on odtworzyć wiele cech emisji obszaru szerokich linii, które od dawna zastanawiały astrofizyków. W tej sytuacji gaz nie charakteryzuje się zmiennym, asymetrycznym rozkładem, który ciężko wytłumaczyć, a zamiast tego po prostu tworzy jednorodny, symetryczny, burzliwy dysk wokół czarnej dziury. Obserwowane przez nas asymetrie i zmiany spowodowane są obłokami pyłu przemieszczającymi się przed obszarem szerokich linii, przez co niektóre jego fragmenty wyglądają na słabsze i bardziej czerwone.

“Uważamy, że jest to dużo bardziej naturalne wyjaśnienie asymetrii i zmian, niż bardziej egzotyczne alternatywy takie jak chociażby podwójne czarne dziury” podsumowuje Gaskell. “Nasze wyjaśnienie pozwala nam zachować prostotę standardowego modelu AGN, w którym materia po spirali opada na pojedynczą czarną dziurę”.

Źródło: RAS