Kosmiczne tango. Mamy pierwszy radiowy obraz dwóch czarnych dziur w śmiertelnym uścisku
Radioastronomom udało się zarejestrować taniec dwóch krążących wokół siebie czarnych dziur. Choć same czarne dziury są niewidoczne, można je wykryć poprzez potężne dżety lub świecący gaz wokół nich. A te, jak na śmiertelny taniec potężnych kosmicznych obiektów przystało, są imponujące.
Pierwsze informacje o tym, że w aktywnym jądrze odległej o 3,5 miliarda lat świetlnych galaktyki OJ 287 musi istnieć nie jedna, lecz para czarnych dziur, zostały rozgłoszone przez astronomów związanych z Uniwersytetem w Turku w Finlandii jeszcze w 1982 roku. Jednak dopiero dwa lata temu międzynarodowa grupa badawcza, w skład której wchodzili naukowcy z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie, wykonała pierwsze dokładne obserwacje tego obszaru. Potwierdziły one istnienie w galaktyce OJ 287 pary czarnych dziur oraz pozwoliły lepiej poznać układ i jego okolice.
Ekstremalne środowisko czarnych dziur
Wszystko wskazuje na to, że główna czarna dziura OJ 287, o masie około 18 miliardów Słońc, jest otoczona galaktycznym dyskiem akrecyjnym, z którego powoli „zasysa” materię. Wzdłuż biegunów magnetycznych wyrzucane są tzw. dżety plazmy, czyli wysokoenergetyczne wypływy materii, którym towarzyszy promieniowanie elektromagnetyczne.
Druga, mniejsza czarna dziura, o masie „zaledwie” 150 milionów mas Słońca, okrąża swoją towarzyszkę i co pewien czas przebija jej dysk, powodując nagły, krótki rozbłysk jasności całej galaktyki. Jak przekonują badacze, czasowa zmienność jasności całego obiektu jest obserwowana już od 120 lat, a jego najwcześniejsze zdjęcia rejestrowano jeszcze na szklanych płytkach fotograficznych.
– Po raz pierwszy udało nam się uzyskać obraz dwóch czarnych dziur krążących wokół siebie. Widać je dzięki intensywnym dżetom cząstek, które emitują. Same czarne dziury są całkowicie czarne, ale można je wykryć poprzez te dżety lub świecący gaz wokół nich — powiedział astronom Mauri Valtonen z Uniwersytetu w Turku. To właśnie Mauri Valtonen jest astronomem, który w 1982 roku jako pierwszy uznał, że w OJ 287 muszą znajdować się dwie czarne dziury. Nowe dane nie tylko potwierdzają jego przypuszczenia, ale też dają nam możliwość zajrzenia do tego skomplikowanego układu.
Obiekt gwiazdopodobny
Zacznijmy od tego, że galaktyka OJ 287 jest kwazarem, czyli jednym z najjaśniejszych i najpotężniejszych obiektów we Wszechświecie. Nazwa kwazar – quasi-gwiazdowe źródło radiowe – odnosi się do faktu, iż obiekty te wyglądają na zdjęciach jak gwiazdy (stąd nazwa „quasi-stellar”), jednak w rzeczywistości są jądrami bardzo odległych galaktyk, w których znajduje się supermasywna czarna dziura aktywnie pochłaniająca materię.
Jednak OJ 287 wyróżnia się spośród innych kwazarów. Już w latach 80. XX wieku zauważono, że jej jasność zmienia się cyklicznie co około 12 lat, co wskazywało, że wokół centralnej czarnej dziury krąży druga, mniejsza – po bardzo wydłużonej orbicie, okresowo przebijając się przez dysk materii.
Omawiany, wyjątkowo ostry obraz OJ 287 udało się uzyskać dzięki interferometrowi RadioAstron. Łącząc obserwatorium kosmiczne z antenami na Ziemi, naukowcy osiągnęli rekordową rozdzielczość – tak wysoką, że pozwoliłaby rozróżnić monetę leżącą na powierzchni Księżyca.
Galaktyczne dżety
Analizując dane z RadioAstron, badacze zauważyli cechy wskazujące na istnienie drugiego, słabszego dżetu – tego, który pochodzi od mniejszej czarnej dziury. Ze względu na jej szybszy ruch względem większego partnera dżet ten jest skręcony niczym strumień wody z obracającego się węża ogrodowego.
Porównując obserwacje z teoretycznymi modelami, badacze odkryli, że jeden z elementów na mapie radiowej idealnie odpowiada przewidywanej trajektorii drugiego dżetu. Główny dżet przecina centrum galaktyki po przekątnej, natomiast słabszy biegnie pod innym kątem – dokładnie tak, jak przewidywały modele.
Dodatkowo analiza wskazuje, że dżet z mniejszej czarnej dziury porusza się około dwa razy wolniej niż ten z większej. Mamy więc pierwszy w historii bezpośredni dowód na istnienie dwóch aktywnych dżetów z dwóch oddzielnych supermasywnych czarnych dziur. Czarnych dziur zbliżających się do siebie w energetycznym i śmiertelnym tańcu.
Źródło: opscience.iop.org
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”.