Odległe dżety dają nam wskazówki, jak wielkie są supermasywne czarne dziury

Artystyczne wrażenie odrzutowca radiowego emanującego z supermasywnej czarnej dziury. ESO/M. kornmesser

W centrum każdej galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura — potwór, który utrzymuje razem sąsiedztwo gwiazd i planet oraz gazu i pyłu. Przez dziesięciolecia, odkąd astronomowie zaczęli je poważnie badać, potwierdziliśmy, że obiekty te rzeczywiście istnieją; dowiedzieliśmy się, że są prawdopodobnie niezbędne do tworzenia gwiazd; a my nawet opracował technikę ich bezpośredniego obrazowania . Jednak jedno wielkie pytanie wprawiło astronomów w osłupienie: w jaki sposób te bestie stają się tak masywne i tak szybko?

Kluczowe mogą być astrofizyczne dżety – wybuchy naenergetyzowanych cząstek i promieniowanie, które czasami emitują supermasywne czarne dziury. Nie wiemy dokładnie, dlaczego to robią, ale dwa nowe rekordowe badania przeprowadzone przez ten sam międzynarodowy zespół astronomów sugerują, że bez względu na przyczynę, te dżety mogą pomóc w rozwoju supermasywnych czarnych dziur.

Pierwsze odkrycie, zgłoszone w Astrophysical Journal , to odkrycie supermasywnej czarnej dziury oddalonej o 13 miliardów lat świetlnych, która jest 300 razy masywniejsza niż Słońce. Astronomowie wykorzystali obserwacje w podczerwieni z teleskopu Magellana w Obserwatorium Las Campanas w Chile, aby potwierdzić, że jest to źródło dżetu wykrytego po raz pierwszy w 2015 roku. Ta supermasywna czarna dziura jest obecnie najbardziej odległą (czyli najstarszą) czarną dziurą wytwarzającą dżety wykryto.

Drugi, w opracowaniu preprint to odkrycie astrofizycznego dżetu z supermasywnej czarnej dziury oddalonej o 12,7 miliarda lat świetlnych i ponad miliard razy masywniejszej niż Słońce, odkrytego po raz pierwszy w 2018 roku. Zespół wykorzystał Chandra X NASA. -ray Observatory, które poszukuje emisji promieniowania rentgenowskiego z bardzo gorących obiektów we wszechświecie, aby dokonać tych obserwacji. Jest to najdalszy astrofizyczny dżet, jaki kiedykolwiek zaobserwowano w promieniach rentgenowskich.

Każdy zestaw odkryć łamie niektóre ezoteryczne rekordy astronomiczne, ale nie dlatego są one wielkim problemem. Oba pomagają wyjaśnić, dlaczego supermasywne czarne dziury mogą rosnąć tak szybko, mimo że stale uwalniają wysokoenergetyczną materię. To, co odkrył zespół, jest pierwszym tego rodzaju dowodem na to, że odrzutowce faktycznie przekonywać szybkie żerowanie czarnej dziury.

W pierwszym badaniu, po tym, jak Magellan potwierdził istnienie czarnej dziury, zespół wykorzystał inne instrumenty, takie jak Bardzo Duży Teleskop w Chile, do rozpoznania innych właściwości czarnej dziury i jej dżetu, takich jak masa.

Dodatkowe dane pokazują, w jaki sposób dysze zachęcają do karmienia. Intensywna siła grawitacyjna czarnej dziury próbuje wciągnąć ogromne ilości gazu i pyłu do swojego horyzontu zdarzeń (punkt bez powrotu). Ta materia ma moment pędu, co oznacza, że ​​nie tylko opada prosto – krąży wokół horyzontu zdarzeń. Tymczasem ciśnienie promieniowania w tym obszarze (wytworzone przez tarcie i naprężenia w dysku orbitującej materii, który nagrzewa się, aż zacznie świecić) nadal wypycha gaz z horyzontu zdarzeń.

To, co się dzieje, jest nieco skomplikowane, ale zasadniczo wiązka dżetu wysokoenergetyzowanych cząstek odbiera moment pędu z gazu, gdy porusza się on na zewnątrz. I w przeciwieństwie do ciśnienia promieniowania, które świeci i rozchodzi się we wszystkich kierunkach, dżet jest wąski, przez co ledwo jest w stanie oddziaływać z mniej gęstymi warstwami gazu znajdującymi się dalej. Dzięki temu, że gaz traci moment pędu przy niewielkim odpychaniu, większość gazu otaczającego horyzont zdarzeń po prostu wpada do środka.

W ten sposób dżet zapewnia, że ​​​​czarna dziura nie działa aktywnie przeciwko sobie – jest w stanie kontynuować karmienie, mówi Thomas Connor, astronom NASA i współautor obu artykułów. Chociaż naukowcy podejrzewali, że odrzutowce mogą odgrywać rolę w zachęcaniu do procesu karmienia, do tej pory nie widzieliśmy na to przekonujących dowodów, mówi.

Badanie rentgenowskie potwierdza ten pomysł. Obserwacje te ujawniły, że dżet przebył 150 000 lat świetlnych od swojego źródła, co czyni go pierwszą obserwacją rentgenowską dżetów dłuższych niż zaledwie kilka tysięcy lat świetlnych. Ta detekcja rentgenowska na dużą skalę oznacza, że ​​te strumienie działają przez niewiarygodnie długi czas, mówi Connor. Nie są to po prostu przemijające zmiany, ale utrzymywały się przez setki tysięcy lat — wystarczająco dużo czasu, aby faktycznie pomóc supermasywnej czarnej dziurze odżywiać się i bardzo szybko rosnąć. Wiemy, że jest to proces długoterminowy i właśnie w ten sposób te dżety są w stanie pomóc w tworzeniu tych supermasywnych czarnych dziur, mówi. To brakujący element, który łączy 15 lat teorii z tym, gdzie jesteśmy teraz.

Oba badania pomagają położyć podwaliny pod dalsze ustalenia, które mogą pomóc nam dowiedzieć się więcej o ewolucji supermasywnych czarnych dziur i ukształtowaniu wczesnego Wszechświata. Mamy teraz lepsze wyobrażenie o tym, jak szukać czarnych dziur z tak starożytnych czasów, a także rozumiemy, że więcej obserwacji rentgenowskich może mieć kluczowe znaczenie dla poznania, jak działa dynamika zasilania dżetem.

Dla Connora te dodatkowe obserwacje będą kluczowe. I jest bardzo zachęcony po tym, jak w tym tygodniu uderzył jeden-dwa. Miejmy nadzieję, że odkrycie wskazuje, że tych obiektów jest o wiele więcej, mówi, i mam nadzieję, że wkrótce ponownie pobijemy rekord odległości.

ukryć