Gigantyczna galaktyka otaczająca olbrzymią czarną dziurę

Galakyka M87 sfotografowana przez Kosmiczny Teleskop Spitzer, posiada supermasywną czarną dziurę, która w dwóch dżetach emituje materię z prędkością bliską prędkości światła. Mniejsze zdjęcie przedstawia fale uderzeniowe spowodowane przez dżety. Źródło: NASA/JPL-Caltech/IPAC

10 kwietnia 2019 roku naukowcy z projektu EHT opublikowali pierwsze zdjęcie horyzontu zdarzeń wokół czarnej dziury, czyli obszaru z wnętrza którego światło nie jest w stanie uciec grawitacji czarnej dziury. Ta gigantyczna czarna dziura o masie 6,5 miliarda mas Słońca znajduje się we wnętrzu eliptycznej galaktyki Messier 7 (M87).

Powyższe zdjęcie wykonane za pomocą Kosmicznego Teleskopu Spitzer przedstawia całą galaktykę M87 w zakresie promieniowania podczerwonego. Zdjęcie z EHT z kolei opierało się na zakresie radiowym i przedstawiało cień czarnej dziury na tle otaczającej ją wysokoenergetycznej materii.

Znajdująca się około 55 milionów lat świetlnych od Ziemi galaktyka M87 jest biektem badań już od ponad 100 lat i była wielokrotnie fotografowana przez obserwatoria NASA takie jak Kosmiczny Teleskop Hubble’a, Obserwatorium Renntgenowskie Chandra oraz NuSTAR. W 1918 roku astronom Heber Curtis jako pierwszy dostrzegł “osobliwy prosty promień” rozciągający się od centrum galaktyki. Ten jasny dżet wysokoenenergetycznej materii zebranej dysku materii szybko rotującej wokół czarnej dziury, widoczny jest w wielu zakresach promieniowania, o fal radiowych po promieniowanie rentgenowskie. Gdy cząstki tworzące dżet zderzają się z ośrodkiem międzygwiezdnym (rzadką materią wypełniającą przestrzeń między gwiazdami we wnętrzu M87), tworzą falę uderzeniową, która świeci w podczerwieni i w zakresie radiowym, ale nie w zakresie widzialnym. Na zdjęciu wykonanym przez Spitzera, fala uderzeniowa jest wyraźniejsza od samego dżetu.

Galaktyka M87 przypomina mglistą, błękitną gąbkę na tym zdjęciu wykonanym przez Kosmiczny Teleskop Spitzer. W centrum galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura, która emituje dwa dżety materii w przestrzeń międzygwiezdną. Źródło: NASA/JPL-Caltech/IPAC

Jaśniejszy dżet, znajdujący się po prawej od centrum galaktyki, przemieszcza się niemal dokładnie w stronę Ziemi. Jego jasność wzmacniana jest przez jego wysoką prędkość w naszym kierunku, ale jeszcze bardziej wskutek “efektów relatywistycznych”, które związane są z faktem, że materia w dżecie przemieszcza się z prędkością zbliżoną do prędkości światła. Trajektoria dżetu jest tylko nieznacznie odchylona od naszej linii wzroku, dlatego możemy dostrzec jego długość. Fala uderzeniowa zaczyna się w punkcie, w którym dżet wydaje się zakrzywiać w dół, podkreślając obszary gdzie szybko poruszające się cząstki zderzają się z gazem w galaktyce i zwalniają.

Drugi dżet, dla odmiany, oddala się od nas tak szybko, że efekty relatywistyczne sprawiają, że jest on niewidoczny we wszystkich zakresach promieniowania. Jednak wzbudzona przez niego fala uderzeniowa w ośrodku międzygwiezdnym jest wciąż widoczna.

Znajdująca się po lewej od centrum galaktyki fala uderzeniowa przypomina odwróconą literę C. Choć nie jest ona widoczna na zdjęciach w zakresie widzialnym, to można ją dostrzec na zdjęciach w zakresie radiowym, takich jak poniższe zdjęcie wykonane za pomocą Very Large Array (VLA).

Dzięki połączeniu obserwacji w zakresie podczerwonym, radiowym, widzialnym, rentgenowskim i ekstremalnie energetycznych promieni gamma, naukowcy mogą badać fizykę tych silnych dżetów. Naukowcy nadal starają się zbudować porządne teoretyczne podstawy naszej wiedzy o tym jak gaz wciągany do czarnej dziury prowadzi do powstania tych dżetów.

Źródło: JPL