Czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej emituje ciągły strumień rozbłysków. Jest niczym kula dyskotekowa

Spis treści:

1. Aktywne centrum Galaktyki
2. Rozbłyski dysku akrecyjnego
3. Ekstremalne środowisko czarnej dziury
4. Opóźnienie czasowe

Analizując dane zebrane przy pomocy Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) naukowcy dostrzegli, że składający się z pyłu i gazu dysk orbitujący wokół supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki emituje bez przerwy ciągły strumień rozbłysków. Niektóre z nich można określić jako słabe, trwające zaledwie kilka sekund migotania. Inne przypominają raczej oślepiająco jasne erupcje. Wszystko to dzieje się w niejednolitych odstępach czasu.

Aktywne centrum Galaktyki

– Sądzimy, że tego typu rozbłyski występują we wszystkich supermasywnych czarnych dziurach. Mimo to Sagittarius A*, czyli czarna dziura w centrum naszej Galaktyki, wydaje się być wyjątkowa – powiedział kierujący badaniami prof. Farhad Yusef-Zadeh z Northwestern University.

Dodał, że Sagittarius A* jest zawsze bardzo aktywna i wydaje się nigdy osiągać „spokojnego” stanu. – Obserwowaliśmy tę czarną dziurę wielokrotnie w latach 2023 i 2024 i zauważyliśmy zmiany w każdej obserwacji. Za każdym razem widzieliśmy coś innego, co jest naprawdę niezwykłe. Nic nigdy nie było takie samo – twierdzi badacz.

Do zebrania niezbędnych danych zespół wykorzystał kamerę bliskiej podczerwieni JWST (NIRCam). Może ona jednocześnie i przez długi czas obserwować dwa pasma podczerwieni. Za pomocą tego narzędzia do obrazowania naukowcy obserwowali Sagittarius A* łącznie przez 48 godzin w ciągu jednego roku. Umożliwiło to naukowcom śledzenie zmian czarnej dziury w czasie.

Rozbłyski dysku akrecyjnego

Obserwacje te ujawniły nieustanne fajerwerki o różnej jasności i czasie trwania. Dysk akrecyjny otaczający czarną dziurę generował od pięciu do sześciu dużych rozbłysków dziennie i kilka mniejszych rozbłysków pomiędzy nimi. – Dane pokazywały coś, co przypominało nieustannie zmieniającą się, bulgoczącą jasność. I nagle bum – jakby wybuch. Następnie znowu chwila względnego spokoju. Nie mogliśmy znaleźć wzorca w tej aktywności. Wydaje się ona być przypadkowa. Profil aktywności czarnej dziury był nowy i ekscytujący za każdym razem, gdy na niego patrzyliśmy – powiedział prof. Yusef-Zadeh.

Chociaż astrofizycy nie rozumieją jeszcze w pełni zachodzących procesów, prof. Yusef-Zadeh podejrzewa, że za krótkie wybuchy i dłuższe rozbłyski odpowiadają dwa odrębne procesy. Jeśli dysk akrecyjny przyrównamy do rzeki, to krótkie, słabe rozbłyski są jak małe fale, które zmieniają się losowo na powierzchni rzeki. Natomiast te dłuższe, jaśniejsze rozbłyski przypominają bardziej fale pływowe.

Naukowcy z grupy prof. Yusef-Zadeha sądzą, że niewielkie zaburzenia w obrębie dysku akrecyjnego prawdopodobnie generują słabe rozbłyski. Turbulentne fluktuacje wewnątrz dysku mogą kompresować plazmę (gorący, naładowany elektrycznie gaz), powodując tymczasowy impuls promieniowania. Może to przypominać rozbłysk słoneczny.

Ekstremalne środowisko czarnej dziury

– Kojarzy się to z sytuacją, gdy pole magnetyczne Słońca gromadzi się, kompresuje, a następnie wybucha rozbłysk słoneczny. Oczywiście procesy te są bardziej dramatyczne, ponieważ środowisko wokół czarnej dziury jest znacznie bardziej energetyczne i ekstremalne. Ale powierzchnia Słońca również kipi aktywnością – twierdzi kierownik zespołu.

Prof. Yusef-Zadeh przypisuje duże, jasne rozbłyski zdarzeniom rekoneksji magnetycznej. To proces, w którym zderzają się dwa pola magnetyczne, uwalniając energię w postaci przyspieszonych cząstek. Poruszając się z prędkością bliską prędkości światła, cząstki te emitują jasne wybuchy promieniowania.

W związku z tym, że kamera NIRCam JWST może obserwować dwie różne długości fal (2,1 i 4,8 mikrona) w tym samym czasie, uczeni byli w stanie porównać, jak jasność rozbłysków zmieniała się w zależności od długości fali. Prof. Yusef-Zadeh powiedział, że uchwycenie światła o dwóch długościach fal jest jak „widzenie w kolorze zamiast w czerni i bieli”. Pozwoliło to dostrzec, że zdarzenia obserwowane na krótszej długości fali zmieniły jasność nieznacznie przed zdarzeniami o większej długości fali.

Opóźnienie czasowe

– Po raz pierwszy zaobserwowaliśmy opóźnienie czasowe w pomiarach na różnych długościach fal. Zauważyliśmy, że dłuższa długość fali pozostaje w tyle za krótszą o bardzo niewielką wartość – może od kilku sekund do 40 sekund – powiedział prof. Yusef-Zadeh.

To opóźnienie dostarczyło więcej wskazówek na temat procesów fizycznych zachodzących wokół czarnej dziury. Jednym z wyjaśnień jest to, że cząstki tracą energię w trakcie rozbłysku – szybciej na krótszych długościach fal niż na dłuższych. Takie zmiany są oczekiwane w przypadku cząstek spiralnie poruszających się wokół linii pola magnetycznego. Planowane są dalsze obserwacje Sagittarius A*, które mają dać kolejne wskazówki.

Źródło: EurekAlert!

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.