Przebudzenie supermasywnych czarnych dziur

Międzynarodowy zespół astronomów korzystając z kosmicznego teleskopu eROSITA znajdującego się na pokładzie misji Spektr-RG odkrył powtarzające się co kilka/kilkanaście godzin wybuchy w zakresach promieniowania rentgenowskiego pochodzące z obszarów centralnych w dwóch galaktykach. Wcześniej nie wykazywały one jakiejkolwiek aktywności. Praca właśnie ukazała się w prestiżowym periodyku Nature. Głównym autorem pracy jest Riccardo Acordia - doktorant z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE). Członkiem zespołu badawczego był również dr Mariusz Gromadzki.

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. Supermasywne czarne dziury nie emitują żadnego światła, a o ich obecności astronomowie wnioskują na podstawie zachowania gwiazd i materii w ich najbliższym sąsiedztwie.

Są też galaktyki ze znacznie masywniejszymi czarnymi dziurami (ich masy mogą sięgać nawet setek milionów mas Słońca). Otoczone są one  dyskami materii, która w ogromnych ilościach jest przez nie pochłaniana. Wewnętrzne obszary takich dysków są rozgrzane do ogromnej temperatury i emitują olbrzymie ilości promieniowania, często kilkakrotnie większego niż wszystkie gwiazdy w danej galaktyce. Obiekty takie nazywamy kwazarami i oznaczamy je skrótem AGN (ang. active galactic nuclei), czyli aktywne jądra galaktyk. Są to najjaśniejsze obiekty we Wszechświecie.   

Podczas rutynowego skanowania nieba eROSITA znalazła nietypowe obiekty zlokalizowane w centrach dwóch galaktyk, które niemal w regularnych odstępach czasu, co kilka/kilkanaście godzin, wysyłały ostre impulsy w promieniowaniu rentgenowskim. Emitowana podczas nich energia jest porównywalna z całkowitą energią wypromieniowywaną przez ich macierzyste galaktyki. Było to odkrycie o tyle zaskakujące, że wcześniej podobne zjawisko zostało odkryte w przypadku dwóch kwazarów, a ich natura tłumaczona był procesami fizycznymi występującymi w wewnętrznych obszarach dysków akrecyjnych. Nowo odkryte zjawiska zostały potwierdzone przy użyciu dwóch innych rentgenowskich teleskopów XMM-Newton oraz NICER.

W tym przypadku galaktyki, z których dochodzą impulsy są spokojne i nie pokazywały wcześniej żadnej zmienności związanej z pochłanianiem materii przez supermasywne czarne dziury. Są to zupełnie normalne galaktyki podobne do naszej Drogi Mlecznej. Przyczyną tych zjawisk nie jest do końca zrozumiała. Z pewnością w tym przypadku można odrzucić wyjaśnienie wymagające obecności dysku akrecyjnego.  Najbardziej prawdopodobną przyczyną tej pseudo-okresowej zmienności jest obecność w pobliżu  supermasywnej czarnej dziury gwiazdy, której orbita jest znacząco wydłużona. W momencie gdy gwiazda znajduje się najbliżej czarnej dziury,  część jej atmosfery jest odrywana przez ogromną grawitację, a następnie pochłaniana. Dalsze obserwacje oraz badania teoretyczne tych obiektów pozwolą potwierdzić bądź odrzucić proponowany scenariusz oraz zrozumieć mechanizmy aktywowania czarnych dziur w typowych galaktykach.

W opublikowanych badaniach brał udział doktor Mariusz Gromadzki z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego. Zajmował  się on opracowaniem widm optycznych tych obiektów uzyskanych przy pomocy 10 metrowego teleskopu SALT zlokalizowanego w Republice Południowej Afryki. Widma te pozwoliły na wyznaczenie odległości do tych galaktyk oraz oszacowanie energii emitowanej podczas tych zjawisk.

czarna dziura wybuch promieniowanie rentgenowskie