Jasno świecąca drobina w zderzających się galaktykach


Jasne, zielone źródła wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego zarejestrowane przez sondę NuSTAR (NASA) nałożono na zdjęcie galaktyki Wir wykonane w zakresie widzialnym (w centrum zdjęcia) i towarzyszącej jej galaktyki M51b (jasna zielono-biała plama nad Wirem), wykonane w ramach przeglądu Sloan Digital Sky Survey. Credit: NASA/JPL-Caltech, IPAC

W pobliskiej galaktyce Wir oraz towarzyszącej jej galaktyce M51b, dwie supermasywne czarne dziury rozgrzewają i pożerają otaczającą je materię. Te dwa potwory powinny być najjaśniejszymi źródłami promieniowania rentgenowskiego na niebie, ale najnowsze badania przeprowadzone na danych z satelity NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) wskazują, że z tymi dwoma behemotami rywalizuje jeszcze jeden dużo mniejszy obiekt.

Najbardziej zachwycającymi elementami Galaktyki Wir – oficjalnie zwanej M51a – są dwa długie, wypełnione gwiazdami “ramiona” zawijające się wokół centrum galaktyki niczym wstążki. Dużo mniejsza galaktyka M51b trzyma się krawędzi Wiru niczym pąkla. Razem znane jako M51, te dwie galaktyki aktualnie się ze sobą łączą.

W centrum każdej z tych galaktyk znajduje się supermasywna czarna dziura miliony razy masywniejsza od Słońca. Proces łączenia galaktyk powinien wepchnąć ogromne ilości gazu i pyłu w te czarne dziury i na orbity wokół nich. Niesamowita grawitacja czarnych dziur z kolei powinna sprawić, że orbitująca wokół nich materia rozgrzeje się i zacznie promieniować, tworząc wokół każdej z nich jasne dyski, które mogłyby blaskiem przyćmić wszystkie gwiazdy w tych galaktykach.

Jednak żadna z tych czarnych dziur nie promieniuje tak jasno w zakresie ultrafioletowym jak naukowcy spodziewaliby się w trakcie procesu łączenia galaktyk. W oparciu o wcześniejsze obserwacje z satelitów, które wykrywają nisko-energetyczne promieniowanie rentgenowskie, takich jak Obserwatorium Rentgenowskie Chandra, naukowcy uważają, że warstwy gazu i pyłu wokół czarnej dziury w większej z dwóch galaktyk blokują nadmiar emisji. Jednak najnowsze badania, których wyniki opublikowano w periodyku Astrophysical Journal, wykorzystują możliwości obserwacji wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego teleskopu NuSTAR do zajrzenia pod te warstwy i odkrycia, że czarna dziura jest wciąż ciemniejsza niż tego oczekiwano.

“Jestem zaskoczony tym odkryciem” mówi główny autor opracowania Murray Brightman, badacz z Caltech w Pasadenie w Kalifornii. “Procesy łącczenia galaktyk powinny generować wzrost czarnych dziur, a dowodem na to powinna być silna emisja wysoko-energetycznego promieniowania rentgenowskiego. Jednak w tym przypadku tego nie widzimy”.

Brightman uważa, że najprawdopodobniej czarne dziury “mrugają” podczas łączenia galaktyk, a nie promieniują z mniej więcej stałą jasnością przez cały proces.

“Hipoteza mrugania jest nowym pomysłem w tej dziedzinie” mówi Daniel Stern, badacz z NASA Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie i naukowiec projektu NuSTAR. “Wcześniej myśleliśmy, że zmienność czarnych dziur widoczna jest w skali milionów lat, ale teraz podejrzewamy, że może to być znacznie krótsza skala czasowa. Określanie tej skali jest aktualnie aktywnym polem badań”.

Oprócz dwóch czarnych dziur promieniujących słabiej niż naukowcy tego oczekiwali w M51a i M51b, ta pierwsza posiada także obiekt miliony razy mniejszy od każdej z tych czarnych dziur, a mimo to świecący z porównywalną intensywnością. Oba zjawiska nie są ze sobą związane, ale tworzą zaskakujący krajobraz w zakresie rentgenowskim w M51.

Tym niewielkim źródłem promieniowania rentgenowskiego jest gwiazda neutronowa, niewiarygodnie gęsta pozostałość po masywnej gwieździe, która eksplodowała pod koniec swojego życia. Typowa gwiazda neutronowa jest setki tysięcy razy mniejsza od Słońca – jej średnica przypomina rozmiary dużego miasta – a mimo to ma dwa razy większą od Słońca masę. Łyżeczka do herbaty wypełniona materią, z której zbudowana jest gwiazda neutronowa ważyłaby ponad miliard ton.

Pomimo swoich rozmiarów, gwiazdy neutronowe często dają się poznać dzięki intensywnemu promieniowaniu. Gwiazda neutronowa odkryta w M51 jest jeszcze jaśniejsza od typowej gwiazdy neutronowej i należy do nowej klasy obiektów, tzw. ultra-jasnych gwizd neutronowych. Brightman dodaje, że niektórzy naukowcy twierdzą, że to silne pola magnetyczne wytwarzane przez gwiazdę neutronową mogą być odpowiedzialne za dodatkową jasność. Wcześniejszy artykuł autorstwa Brightmana i jego współpracowników o tej gwieździe neutronowej wspiera tę hipotezę. Także inne jasne źródła wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego w tych dwóch galaktykach mogą być gwiazdami neutronowymi.

Źródło: JPL

Artykuł naukowy: http://dx.doi.org/10.3847/1538-4357/aae1ae

Przeczytaj także: