XRISM ujawnił strukturę, ruch i temperaturę materii wokół supermasywnej czarnej dziury i pozostałości po supernowej z niespotykaną dotąd szczegółowością.
Co mają ze sobą wspólnego olbrzymia czarna dziura i pozostałość masywnej, eksplodującej gwiazdy? Są to dramatyczne zjawiska na niebie, w których niezwykle gorący gaz wytwarzający wysokoenergetyczne światło rentgenowskie, które może zobaczyć X-Ray Imaging Spectroscopy Mission (XRISM).
W swoich pierwszych opublikowanych wynikach, XRISM pokazuje swoje unikalne możliwości ujawnienia prędkości i temperatury skwierczącego gorącego gazu, zwanego plazmą, oraz trójwymiarowych struktur materii otaczającej czarną dziurę i eksplodującą gwiazdę.
Te nowe obserwacje dostarczają kluczowych informacji do zrozumienia, w jaki sposób czarne dziury rosną poprzez wychwytywanie otaczającej je materii i oferują nowy wgląd w życie i śmierć masywnych gwiazd. Pokazują one wyjątkowe możliwości misji w badaniu wysokoenergetycznego Wszechświata – powiedział Matteo Guainazzi, naukowiec projektu ESA XRISM.
Pozostałość po supernowej N132D
W jednej ze swoich obserwacji „pierwszego światła”, XRISM skupił się na N132D, pozostałości po supernowej znajdującej się w Wielkim Obłoku Magellana około 160 000 lat świetlnych od Ziemi. Ten międzygwiazdowy „bąbel” gorącego gazu został wyrzucony przez eksplozję bardzo masywnej gwiazdy około 3000 lat temu.
Korzystając z instrumentu Resolve, XRISM odkrył szczegółowo strukturę wokół N132D. W przeciwieństwie do wcześniejszych założeń o prostej kulistej powłoce, naukowcy odkryli, że pozostałość N132D ma kształt pączka. Wykorzystali efekt Dopplera, zmierzyli prędkość, z jaką gorąca plazma w pozostałości porusza się w naszym kierunku lub od nas, i ustalili, że rozszerza się ona z pozorną prędkością około 1200 km/s.
Resolve ujawniło również, że pozostałość zawiera żelazo o niezwykłej temperaturze 10 miliardów K. Atomy żelaza zostały podgrzane podczas eksplozji supernowej przez gwałtowne fale uderzenia rozprzestrzeniające się do wewnątrz, co było zjawiskiem przewidywanym przez teorię, ale nigdy wcześniej nie zaobserwowanym.
Pozostałości po supernowych, takie jak N132D, zawierają ważne wskazówki dotyczące ewolucji gwiazd i tego, jak (ciężkie) pierwiastki niezbędne do naszego życia, takie jak żelazo, są generowane i rozpowszechniane w przestrzeni międzygwiazdowej. Jednak poprzednie obserwatoria rentgenowskie zawsze miały trudności z ujawnieniem rozkładu prędkości i temperatury plazmy.
Supermasywna czarna dziura w galaktyce NGC 4151
XRISM rzucił również nowe światło na tajemniczą strukturę otaczającą supermasywną czarną dziurę. Skupiając się na galaktyce spiralnej NGC 4151, znajdującej się 62 miliony lat świetlnych od nas, obserwacje XRISM oferują bezprecedensowy widok materii bardzo blisko centralnej czarnej dziury galaktyki, która ma masę 30 milionów razy większą od Słońca.
XRISM uchwycił rozkład materii krążącej i ostatecznie wpadającej do czarnej dziury w szerokim promieniu, od 0,001 do 0,1 lat świetlnych, czyli od odległości porównywalnej z odległością Słońce-Uran do 100 razy większej.
Określając ruchy atomów żelaza na podstawie ich sygnatury rentgenowskiej, naukowcy zmapowali sekwencję struktur otaczających olbrzymią czarną dziurę: od dysku „karmiącego” czarną dziurę aż do torusa w kształcie pączka.
Odkrycia te stanowią istotny element układanki w zrozumieniu, w jaki sposób czarne dziury rosną, pochłaniając otaczającą je materię.
Chociaż obserwacje radiowe i podczerwone ujawniły obecność torusa wokół czarnych dziur w innych galaktykach, technika spektroskopowa XRISM jest pierwszym i obecnie jedynym sposobem na prześledzenie, jak gaz w pobliżu centralnego „potwora” jest ukształtowany i porusza się.
Patrząc w przyszłość: przyszłe obserwacje i odkrycia
W ostatnich miesiącach zespół naukowy XRISM pilnie pracował nad ustaleniem wydajności instrumentów i udoskonaleniem metod analizy danych, obserwując 60 kluczowych celów. Równolegle wybrano 104 nowe zestawy obserwacji spośród ponad 300 propozycji zgłoszonych przez naukowców z całego świata.
XRISM będzie przez najbliższy rok prowadzić obserwacje oparte na udanych propozycjach; dzięki wyjątkowej wydajności na orbicie, przekraczającej nawet początkowe oczekiwania, satelita ten zapowiada wiele kolejnych fascynujących odkryć.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
ESA
