Dodano: 02 sierpień 2021r.

Astronomowie dostrzegli światło zza supermasywnej czarnej dziury

Naukowcy zaobserwowali emisje rentgenowskie pochodzące bezpośrednio zza supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki I Zwicky 1, znajdującej się około 800 milionów lat świetlnych od nas. Stało się tak dlatego, że ogromna grawitacja czarnej dziury zakrzywiła trajektorię światła, które ominęło łukiem obiekt i dotarło do nas zza niego.

Astronomowie dostrzegli światło zza supermasywnej czarnej dziury

 

Dan Wilkins, astrofizyk z Uniwersytetu Stanforda, obserwując środowisko wokół supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki I Zwicky 1 odległej o 800 milionów lat świetlnych od nas, dostrzegł serię jasnych rozbłysków promieni rentgenowskich. Następnie teleskopy zarejestrowały dodatkowe rozbłyski, które były słabsze i nastąpiły nieco później. Te echa fal rentgenowskich wydawały się pochodzić zza czarnej dziury. Ale, jak wiadomo, z czarnej dziury nic nie może się wydostać, nawet światło.

Wyniki obserwacji ukazały się na łamach pisma „Nature” (DOI: 10.1038/s41586-021-03667-0).

Czarne dziury

W centrum prawie każdej galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura. W przypadku galaktyk podobnych do naszej Drogi Mlecznej, masy supermasywnych czarnych dziur zawierają się w przedziale od kilkuset tysięcy do kilku milionów mas Słońca. Dla porównania masa czarnej dziury w Drodze Mlecznej to pięć milionów mas Słońca, a ta, która znajduje się w centrum galaktyki I Zwicky 1, ma masę dwukrotnie większą. Ale są też galaktyki ze znacznie masywniejszymi czarnymi dziurami (ich masy mogą sięgać nawet setek milionów mas Słońca).

Supermasywne czarne dziury nie emitują i nie odbijają żadnego światła, a o ich obecności astronomowie wnioskują na podstawie zachowania gwiazd i materii w ich najbliższym sąsiedztwie. Obiekty te otoczone są dyskami materii, która w ogromnych ilościach jest przez nie pochłaniana. Wewnętrzne obszary takich dysków są rozgrzane do ogromnej temperatury i emitują olbrzymie ilości promieniowania. Obiekty te są tak masywne, że po osiągnięciu pewnego punktu (horyzontu zdarzeń) prędkość ucieczki, czyli prędkość potrzebna do opuszczenia pola grawitacyjnego obiektu, przekracza prędkość światła w próżni i nawet światło nie jest w stanie opuścić tego obszaru. Co zatem dostrzegł Wilkins?

Echo fal rentgenowskich

- Żadne światło, które wpada do tej czarnej dziury, już z niej nie wychodzi, więc nie powinniśmy być w stanie zobaczyć niczego, co znajduje się za czarną dziurą – powiedział Wilkins. Ale czarne dziury mają sporo dziwnych cech. Jedna z nich umożliwiła tę obserwacje. - Powodem, dla którego to widzimy, jest to, że czarna dziura zakrzywia przestrzeń, zaginając światło i skręcając wokół siebie pola magnetyczne – wyjaśnił Wilkins.

Zjawisko to wyniki za ogólnej teorii względności Alberta Einsteina. Zgodnie z nią, masywne obiekty zaginają wokół siebie czasoprzestrzeń. Światło, które zwykle porusza się po linii prostej, przebiegając w pobliżu takiego obiektu, zwyczajnie ulega zakrzywieniu. Badania opisane w publikacji są pierwszymi obserwacjami światła zza czarnej dziury.

- Pięćdziesiąt lat temu, kiedy astrofizycy zaczęli spekulować na temat tego, jak pole magnetyczne może zachowywać się w pobliżu czarnej dziury, nie mieli pojęcia, że ​​pewnego dnia możemy mieć techniki, które pozwolą nam to bezpośrednio zaobserwować i zobaczyć ogólną teorię względności Einsteina w akcji – powiedział. Roger Blandford, współautor artykułu.

Korona czarnej dziury

W obserwacjach pomogły teleskopy XMM-Newton należy do ESA oraz NuSTAR, którego właścicielem jest NASA. Pierwotną motywacją tych badań było poznanie tajemniczej cechy, którą posiadają niektóre z czarnych dziur, zwanej koroną. To strumień wysokoenergetycznych cząstek otaczających horyzont zdarzeń. Obszar ten jest źródłem jasnego światła rentgenowskiego. Uczeni chcieli przeanalizować to promieniowanie w celu odwzorowania i scharakteryzowania czarnej dziury.

Wiodąca teoria na temat tego, czym jest korona, mówi o gazie, który jest ściągany w otchłań czarnej dziury. W procesie tym nagrzewa się on do milionów stopni tworząc namagnesowaną plazmę krążącą w dysku akrecyjnym wokół czarnej dziury. Pola magnetyczne generowane przez plazmę wyginają się i skręcają wokół siebie, aż w końcu załamują się uwalniając ogromne ilości energii.

- To pole magnetyczne, które skręca się i w końcu pęka, ogrzewa wszystko wokół czarnej dziury i wytwarza elektrony o wysokiej energii, które następnie wytwarzają promieniowanie rentgenowskie – powiedział Wilkins.

Gdy Wilkins przyjrzał się bliżej pochodzeniu rozbłysków w danych z XMM-Newton i NuSTAR, zobaczył serię mniejszych. Naukowcy ustalili, że są to te same rozbłyski promieniowania rentgenowskiego, ale zza masywnego obiektu, echa fal rentgenowskich odbitych od dysku plazmy.

 

Źródło: Nature, Science Alert