logo_oauw
logo_uw

Przebudzenie supermasywnych czarnych dziur

2021-04-28 17:00

Międzynarodowy zespół astronomów korzystając z kosmicznego teleskopu eROSITA znajdującego się na pokładzie misji Spektr-RG odkrył powtarzające się co kilka/kilkanaście godzin wybuchy w promieniach rentgenowskich pochodzące z obszarów centralnych w dwóch galaktykach. Wcześniej nie wykazywały one jakiejkolwiek aktywności. Praca właśnie ukazała się w prestiżowym periodyku Nature. Głównym autorem pracy jest Riccardo Acordia – doktorant z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE). Członkiem zespołu badawczego był również nasz pracownik – dr Mariusz Gromadzki.

Zdjęcie w zakresie optycznym pierwszej galaktyki, w której odkryte zostały pseudo-okresowe erupcje podczas przeglądu nieba realizowanego przez teleskop eROSITA. Zielonym kolorem narysowana jest rentgenowska krzywa blasku uzyskana teleskopem NICER. Galaktyka oznaczona jest jako 2MASS 02314715-1020112, a jej przesunięcie ku podczerwieni wynosi z~0.05. Okres między eksplozjami to około 18.5 godziny.


Źródło: MPE; obraz optyczny: DESI Legacy Imaging Surveys/D. Lang (Perimeter Institute)

W centrum prawie każdej galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura. W przypadku galaktyk podobnych do naszej Drogi Mlecznej, masy supermasywnych czarnych dziur zawierają się w przedziale od kilkuset tysięcy do kilku milionów mas Słońca. Dla porównania masa czarnej dziury w Drodze Mlecznej to pięć milionów mas Słońca. Supermasywne czarne dziury nie emitują żadnego światła, a o ich obecności astronomowie wnioskują na podstawie zachowania gwiazd i materii w ich najbliższym sąsiedztwie. Są też galaktyki ze znacznie masywniejszymi czarnymi dziurami (ich masy mogą sięgać nawet setek milionów mas Słońca). Otoczone są one  dyskami materii, która w ogromnych ilościach jest przez nie pochłaniana. Wewnętrzne obszary takich dysków są rozgrzane do ogromnej temperatury i emitują olbrzymie ilości promieniowania, często kilkakrotnie większego niż wszystkie gwiazdy w danej galaktyce. Obiekty takie nazywamy kwazarami i oznaczamy je skrótem AGN (ang. active galactic nuclei), czyli aktywne jądra galaktyk. Są to najjaśniejsze obiekty we Wszechświecie.

Podczas rutynowego skanowania nieba eROSITA znalazła nietypowe obiekty zlokalizowane w centrach dwóch galaktyk, które niemal w regularnych odstępach czasu, co kilka/kilkanaście godzin, wysyłały ostre impulsy w promieniowaniu rentgenowskim. Emitowana podczas nich energia jest porównywalna z całkowitą energią wypromieniowywaną przez ich macierzyste galaktyki. Było to odkrycie o tyle zaskakujące, że wcześniej podobne zjawisko zostało odkryte w przypadku dwóch kwazarów, a ich natura tłumaczona był procesami fizycznymi występującymi w wewnętrznych obszarach dysków akrecyjnych. Nowo odkryte zjawiska zostały potwierdzone przy użyciu dwóch innych rentgenowskich teleskopów XMM-Newton oraz NICER.

Zdjęcie w zakresie optycznym drugiej galaktyki, w której odkryte zostały pseudo-okresowe erupcje podczas przeglądu nieba realizowanego przez teleskop eROSITA. Różowym kolorem narysowana jest rentgenowska krzywa blasku uzyskana teleskopem XMM-Newton. Galaktyka oznaczona jest jako 2MASX J02344872-4419325, a jej przesunięcie ku podczerwieni wynosi z~0.02. Obserwowane impulsy są znacznie węższe niż w przypadku pierwszego źródła. Okres wynosi około 2.4 godziny.
Źródło: MPE; zdjęcie galaktyki: DESI Legacy Imaging Surveys/D. Lang (Perimeter Institute)

W tym przypadku galaktyki, z których dochodzą impulsy są spokojne i nie pokazywały wcześniej żadnej zmienności związanej z pochłanianiem materii przez supermasywne czarne dziury. Są to zupełnie normalne galaktyki podobne do naszej Drogi Mlecznej. Przyczyną tych zjawisk nie jest do końca zrozumiała. Z pewnością w tym przypadku można odrzucić wyjaśnienie wymagające obecności dysku akrecyjnego.  Najbardziej prawdopodobną przyczyną tej pseudo-okresowej zmienności jest obecność w pobliżu  supermasywnej czarnej dziury gwiazdy, której orbita jest znacząco wydłużona. W momencie gdy gwiazda znajduje się najbliżej czarnej dziury,  część jej atmosfery jest odrywana przez ogromną grawitację, a następnie pochłaniana. Dalsze obserwacje oraz badania teoretyczne tych obiektów pozwolą potwierdzić bądź odrzucić proponowany scenariusz oraz zrozumieć mechanizmy aktywowania czarnych dziur w typowych galaktykach.

W opublikowanych badaniach brał udział doktor Mariusz Gromadzki z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego. Zajmował  się on opracowaniem widm optycznych tych obiektów uzyskanych przy pomocy 10 metrowego teleskopu SALT zlokalizowanego w Republice Południowej Afryki. Widma te pozwoliły na wyznaczenie odległości do tych galaktyk oraz oszacowanie energii emitowanej podczas tych zjawisk.

Seminaria wtorkowe

Tomasz Zajkowski (NASA Ames Research Center, USRA, BMSIS)
Theories of the origin of life and the applications of synthetic biology in space. (REMOTE ONLY!)
25.01.2022

Paulo Miles Paez (ESO, Munich, Germany)
Atmospheric characterization of ultra-cool dwarfs
01.03.2022

Henryka Netzel (Konkoly Observatory, Hungary)
Asteroseismology of stars from the classical instability strip
08.03.2022

Niedawne publikacje

Netzel, H.; Pietrukowicz, P.; Soszyński, I. et al.
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , 510 , 1748
Published: 2022-02

Bachelet, E.; Zieliński, P.; Gromadzki, M. et al.
Astronomy and Astrophysics , 657 , A17
Published: 2022-01

Mróz, Przemek; Otarola, Angel; Prince, Thomas A. et al.
The Astrophysical Journal , 924 , L30
Published: 2022-01

Jakość kształcenia

logo PKA
Polskia Komisja Akredytacyjna nadała Astronomii na UW certyfikat Doskonały Kierunek

logo-rks
Uniwersytet Warszawski w 2021 roku zajął pierwsze miejsce w rankingu kierunku studiów astronomia przygotowanym przez miesięcznik Perspektywy
Skip to content