XMM-Newton odgrywa kluczową rolę w badaniu najdłuższych i najbardziej energetycznych rozbłysków promieniowania rentgenowskiego obserwowanych z nowo przebudzonej czarnej dziury.
Obserwacje tego dziwnego zachowania w czasie rzeczywistym oferują wyjątkową okazję, aby dowiedzieć się więcej o tych potężnych zdarzeniach i tajemniczym zachowaniu masywnych czarnych dziur.
Chociaż wiemy, że supermasywne czarne dziury (o masie miliony razy większej niż masa naszego Słońca) czają się w centrum większości galaktyk, ich natura sprawia, że trudno je dostrzec i zbadać. W przeciwieństwie do popularnego wyobrażenia o czarnych dziurach nieustannie pożerających materię, te grawitacyjne potwory mogą spędzać długie okresy czasu w uśpionej, nieaktywnej fazie.
Tak było w przypadku czarnej dziury w sercu SDSS1335+0728, https://www.urania.edu.pl/tagi/sdss13350728 odległej i niepozornej galaktyki znajdującej się w konstelacji Panny, https://pl.wikipedia.org/wiki/Gwiazdozbiór_Panny oddalonej od nas o 300 milionów lat świetlnych. https://pl.wikipedia.org/wiki/Rok_świetlny Po dziesięcioleciach nieaktywności nagle rozbłysła i niedawno zaczęła emitować bezprecedensowe rozbłyski promieniowania rentgenowskiego.
Pierwsze oznaki aktywności pojawiły się pod koniec 2019 roku, kiedy galaktyka niespodziewanie zaczęła jasno świecić, przyciągając uwagę astronomów. Po kilku latach doszli oni do wniosku, że niezwykłe zmiany, które zaobserwowali, były prawdopodobnie wynikiem nagłego włączenia się czarnej dziury – wejścia w fazę aktywną. Jasny, zwarty centralny region galaktyki jest obecnie klasyfikowany jako aktywne jądro galaktyczne, nazwany Ansky.
Kiedy po raz pierwszy zobaczyliśmy, że Ansky świeci na obrazach optycznych, rozpoczęliśmy dalsze obserwacje za pomocą kosmicznego teleskopu rentgenowskiego Swift i sprawdziliśmy zarchiwizowane dane z teleskopu rentgenowskiego eROSITA, ale w tamtym czasie nie widzieliśmy żadnych dowodów na emisję promieniowania rentgenowskiego – powiedziała Paula Sánchez Sáez, badaczka z Europejskiego Obserwatorium Południowego w Niemczech i liderka zespołu, który jako pierwszy zbadał aktywację czarnej dziury.
Ansky się budzi
Następnie, w lutym 2024 roku, zespół kierowany przez Lorenę Hernández-García, badaczkę z Uniwersytetu Valparaiso w Chile, zaczął obserwować wybuchy promieniowania X z Ansky w niemal regularnych odstępach czasu.
To rzadkie zdarzenie daje astronomom możliwość obserwowania zachowania czarnej dziury w czasie rzeczywistym za pomocą teleskopów rentgenowskich XMM-Newton, NICER, Chandra i Swift. Zjawisko to znane jako kwazioeriodyczna erupcja (QPE). QPE to krótkotrwałe rozbłyski. Po raz pierwszy zaobserwowaliśmy takie zdarzenie w czarnej dziurze, która wydaje się budzić – powiedziała Lorena.
Pierwszy epizod QPE został odkryty w 2019 roku i od tego czasu wykryliśmy tylko kilka kolejnych. Nie rozumiemy jeszcze, co je powoduje. Badania Ansky pomogą nam lepiej zrozumieć czarne dziury i sposób, w jaki ewoluują.
XMM-Newton odegrał kluczową rolę w naszych badaniach. Jest to jedyny teleskop rentgenowski wystarczająco czuły, aby wykryć słabsze rentgenowskie światło tła pomiędzy wybuchami. Dzięki XMM-Newton mogliśmy zmierzyć, jak bardzo Ansky słabnie, co pozwoliło nam obliczyć, ile energii Ansky uwalnia, gdy się rozświetla i zaczyna migać.
Rozwikłanie zagadkowego zachowania
Grawitacja czarnej dziury przechwytuje materię i może ją rozerwać. Materia przechwyconej gwiazdy, na przykład, rozprzestrzeniłaby się w gorący, jasny, szybko wirujący dysk zwany dyskiem akrecyjnym. Obecnie uważa się, że QPE są powodowane przez obiekt (który może być gwiazdą lub małą czarną dziurą) oddziałujący z tym dyskiem akrecyjnym i są one powiązane ze zniszczeniem gwiazdy. Nie ma jednak dowodów na to, że Ansky zniszczył gwiazdę.
Niezwykła charakterystyka powtarzających się wybuchów Ansky skłoniła zespół badawczy do rozważenia innych możliwości. Dysk akrecyjny może być utworzony przez gaz przechwycony przez czarną dziurę z jej sąsiedztwa, a nie przez rozpadającą się gwiazdę. W takim scenariuszu rozbłyski rentgenowskie pochodziłyby z wysokoenergetycznych wstrząsów w dysku, wywołanych przez mały obiekt niebieski, który wielokrotnie przemieszczał się i zakłócał orbitująca materię.
Wybuch promieniowania rentgenowskiego z Ansky są dziesięć razy dłuższe i dziesięć razy jaśniejsze niż to, co widzimy z typowego QPE – powiedział Joheen Chakraborty, członek zespołu i doktorant w Massachussets Institute of Technology w USA.
Każda z tych erupcji uwalnia sto razy więcej energii niż widzieliśmy gdzie indziej. Erupcje Ansky wykazują również najdłuższą kadencję, jaką kiedykolwiek zaobserwowano, wynoszącą około 4,5 dnia. To doprowadza nasze modele do granic możliwości i podważa nasze dotychczasowe koncepcje dotyczące sposobu generowania tych błysków rentgenowskich.
Obserwowanie czarnej dziury w akcji
Możliwość obserwowania ewolucji Ansky w czasie rzeczywistym jest bezprecedensową okazją dla astronomów, aby dowiedzieć się więcej o czarnych dziurach i energicznych zdarzeniach, które napędzają.
W przypadku QPE wciąż jesteśmy w punkcie, w którym mamy więcej modeli niż danych i potrzebujemy więcej obserwacji, aby zrozumieć, co się dzieje – powiedział Erwan Quintin, pracownik naukowy ESA i astronom rentgenowski.
Sądziliśmy, że QPE są wynikiem przechwytywania małych obiektów niebieskich przez znacznie większe i spiralnego opadania w ich kierunku. Wydaje się, że erupcje Ansky mówią nam co innego. Te powtarzające się wybuchy są również prawdopodobnie związane z falami grawitacyjnymi, które przyszła misja ESA LISA może być w stanie wychwycić.
Niezwykle ważne są obserwacje rentgenowskie, które uzupełnią dane dotyczące fal grawitacyjnych i pomogą nam rozwiązać zagadkę zachowania masywnych czarnych dziur.
Wyniki badań zostały opublikowane 11 kwietnia 2025 roku w czasopiśmie Nature Astronomy.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
ESA
