Supermasywna czarna dziura przebudziła się z długiego snu. Wysyła tajemniczy sygnał
Około 300 milionów lat świetlnych od Ziemi, w centrum niepozornej galaktyki SDSS1335+0728 w gwiazdozbiorze Panny, nagle uaktywniła się supermasywna czarna dziura. Przez dekady pozostawała w stanie uśpienia, nie zdradzając żadnych oznak aktywności. Tymczasem od 2019 roku zaczęła emitować wyjątkowo silne błyski promieniowania rentgenowskiego, które zarejestrowały teleskopy kosmiczne.
Spis treści:
Należący do Europejskiej Agencji Kosmicznej teleskop XMM-Newton odegrał kluczową rolę w obserwacjach tego zjawiska, pozwalając naukowcom badać jedne z najbardziej energetycznych i tajemniczych wybuchów w kosmosie. Chociaż wiemy, że niemal każda galaktyka skrywa w swoim centrum supermasywną czarną dziurę, to ich cicha i trudna do wykrycia natura sprawia, że są one rzadkimi obiektami badań – zwłaszcza, gdy przez długi czas pozostają nieaktywne.
Tak było w przypadku czarnej dziury w SDSS1335+0728. Przez dziesięciolecia nie wykazywała ona żadnej aktywności, aż do momentu, gdy w 2019 roku po raz pierwszy zaobserwowano z niej emisję światła. Wówczas zespół badaczy pod kierunkiem Pauli Sánchez Sáez z Europejskiego Obserwatorium Południowego rozpoczął dodatkowe obserwacje za pomocą teleskopów Swift i eROSITA. Jednak nie zarejestrowano wtedy promieniowania rentgenowskiego.
Zaskakujące rozbłyski
Dopiero w lutym 2024 roku udało się potwierdzić emisję silnych rozbłysków rentgenowskich. Zespół kierowany przez Lorenę Hernández-Garcíę z Uniwersytetu Valparaíso w Chile odkrył, że wybuchy pojawiają się w niemal regularnych odstępach czasu. Zjawisko to nazwano erupcjami kwaziperiodycznymi (QPE). Są to krótkotrwałe, lecz intensywne rozbłyski, których przyczyny nadal nie są w pełni poznane.
– Po raz pierwszy udało nam się zaobserwować takie erupcje w obiekcie, który właśnie się „budzi” – mówi Hernández-García. Jak dotąd zidentyfikowano zaledwie kilka przypadków QPE, a to, co dzieje się w galaktyce SDSS1335+0728, wydaje się wyjątkowe. Dzięki obserwacjom prowadzonym przez teleskopy XMM-Newton, NICER, Chandra i Swift, naukowcy mogli śledzić zmiany jasności czarnej dziury niemal w czasie rzeczywistym.
Czym są erupcje kwaziperiodyczne?
Czym dokładnie są QPE? W dużym uproszczeniu – to nagłe emisje promieniowania rentgenowskiego powstające w dysku materii otaczającym czarną dziurę. Ten dysk, zwany dyskiem akrecyjnym, tworzy się z materii, która została przechwycona przez ogromną siłę grawitacyjną czarnej dziury. Może to być np. materia z sąsiedniej gwiazdy, choć w przypadku Ansky – bo tak nazwano aktywne jądro galaktyki – nie ma dowodów na zniszczenie żadnej gwiazdy.
Jedna z hipotez zakłada, że za erupcje odpowiada mały, nieznany obiekt – być może gwiazda lub mniejsza czarna dziura – który regularnie zakłóca ruch materii w dysku akrecyjnym, powodując gwałtowne zderzenia i wzrost energii. Inna możliwość to gromadzenie się gazu z otoczenia, który następnie zostaje podgrzany i rozpędzony w dysku, prowadząc do emisji błysków.
Nowe wyzwania dla nauki
Rozbłyski z Ansky mają bezprecedensowe cechy. Jak podkreśla Joheen Chakraborty z MIT, członek zespołu badawczego, każda z erupcji trwa dziesięć razy dłużej i jest dziesięć razy jaśniejsza niż znane dotąd QPE. Co więcej, odstępy między wybuchami wynoszą około 4,5 dnia – najdłużej zaobserwowana kadencja tego typu. Taka intensywność i regularność sprawia, że dotychczasowe modele przestają być wystarczające.
– Myśleliśmy, że QPE wynikają z powolnego opadania małych obiektów na większe czarne dziury. Tymczasem dane z Ansky sugerują zupełnie inny mechanizm – podkreśla Chakraborty. Jego zdaniem to zjawisko może być również powiązane z falami grawitacyjnymi, które już niedługo będzie mogła wykrywać planowana misja ESA – LISA.
Obserwacje rentgenowskie odgrywają w tym kontekście ogromną rolę. Nie tylko pomagają analizować aktywność czarnych dziur, ale mogą też uzupełniać dane dotyczące fal grawitacyjnych, pozwalając na lepsze zrozumienie, jak funkcjonują i ewoluują te kosmiczne kolosy. Jak podkreślają naukowcy, teleskop XMM-Newton był w tym przypadku niezastąpiony. Dzięki jego czułości możliwe było śledzenie nawet słabych sygnałów między rozbłyskami, co pozwoliło precyzyjnie obliczyć ilość energii uwalnianej przez Ansky.
Zagadkowe zachowanie tej czarnej dziury wciąż pozostaje przedmiotem intensywnych badań. Naukowcy mają nadzieję, że dalsze obserwacje rzucą światło nie tylko na naturę kwaziperiodycznych erupcji, ale też na procesy rządzące życiem i aktywnością supermasywnych czarnych dziur.
Źródło: ESA
Nasza autorka
Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka
Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.