Niesamowita moc czarnej dziury

Supermasywna czarna dziura znajduje się w centrum gromady galaktyk RX J1532.9+3021. Nadźwiękowe dżety tworzone w jej pobliżu utworzyły dwie olbrzymie, ekspandujące wyrwy (dziury) w otaczającym ją, gazowym środowisku. Ich energia ekspansji powstrzymuje gorący gaz przed wychłodzeniem się i, w efekcie, uformowaniem dużych ilości nowych gwiazd.

Źródło:X-ray: NASA/CXC/Stanford/J.Hlavacek-Larrondo et al, Optical: NASA/ESA/STScI/M.Postman & CLASH team

Czarna dziura uformowała wielką strukturę w otaczającym ja gazie, co powstrzymało powstanie miliardów gwiazd. Astronomowie odkryli właśnie jedną z najsilniejszych znanych dotąd czarnych dziur. Wykorzystano w tym celu orbitalny teleskop rentgenowski – obserwatorium Chandra.

Czarna dziura znajduje się w gromadzie galaktyk o nazwie RX J1532.9+3021 (RX J1532), położonej około 3,9 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Przedstawione tu zdjęcie jest złożeniem danych rentgenowskich z Chandry, ujawniających obłoki gorącego gazu w gromadzie (barwa purpurowa) i optycznych danych z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a (żółte). Gromada jest bardzo jasna w promieniach X, co oznacza, że jest bardzo ciężka - o masie około biliard - tysiąc bilionów - krotnie większej niż Słońce. W centrum gromady znajduje się wielka galaktyka eliptyczna zawierająca masywną czarną dziurę.

Tak duża ilość gorącego gazu w pobliżu centrum gromady stanowi zagadkę dla astronomów. Gorący gaz promieniujący rentgenowsko powinien stygnąć, a bardzo gęsty gaz z centrum gromady musiałby schładzać się najszybciej. Oczekuje się wówczas, że ciśnienie w chłodnym gazie w centrum takiego układu powinno spaść, na skutek czego pozostały gaz powinien dalej przemieszczać się w kierunku galaktyki, tworząc jak gdyby przy okazji, po drodze, biliony gwiazd. Jednak astronomowie nie znaleźli dowodów na istnienie aż tak wielu gwiazd w centrum gromady.

Co ciekawsze, podobnego braku oczekiwanych gwiazd nie stwierdzono dotychczas w przypadku wielu innych gromad. RX J1532 to zatem szczególny przypadek, w którym chłodzenie się gazu powinno być szczególnie dobrze widoczne ze względu na wysoką gęstość gazu w pobliżu centrum gromady. Spośród tysięcy znanych nam dziś gromad takich jak ta jest mniej niż tuzin. Całkiem odwrotnym przypadkiem jest z kolei Gromada Feniksa, w której, jak zaobserwowano, formują się ogromne ilości gwiazd.

Czemu jednak nie tworzą się one w takiej ilości w RX J1532? Obrazy z Chandry i sieci interferometrów radiowych VLA (Very Large Array) dały odpowiedź na to pytanie. Zdjęcia rentgenowskie ukazują dwie wielkie wyrwy otaczającym czarną dziurę, gorącym gazie – znajdują się one po obu stronach centralnej galaktyki i leżą wzdłuż drogi dżetów, które widzimy na mapach radiowych tego obiektu. Najwyrażniej więc ponadźwiękowo poruszakące się dżety tworzone obustronnie w pobliżu czarnej dziury wwierciły się w gorący, gęsty gaz i zepchnęły go na bok, tworząc owe „dziury”. A czoła fali uderzeniowej związane z ekspandującymi wyrwami w gazie oraz uwalniająca się w tym procesie energia fali dźwiękowej, propagująca się w ośrodku, stanowią źrodła ciepła, które zapobiega większość znajdującego się tam gazu przed ochłodzeniem się, i w efekcie uformowaniem gwiazd.

Odkryte wyrwy mają rozmiary mniej więcej 100 000 lat świetlnych – to tyle, co pełna rozciągłość Drogi Mlecznej. Oznacza to, że moc, które je utworzyła, należy do największych w znanych nam gromadach galaktyk i jest dziesięciokrotnie większa niż ta, która uformowała podobne struktury w Gromadzie Perseusza.

Choć energia ta musiała być wygenerowana przez materię spadającą w kierunku czarnej dziury, nie wykryto emisji rentgenowskiej towarzyszącej zwykle takiemu procesowi. Można to wyjaśnić przy założeniu, że czarna dziura jest "ultramasywna" a nie jedynie supermasywna, o masie ponad 10 miliardów razy większej od Słońca. Taka czarna dziura powinna móc wyprodukować potężne dżety bez zużywania dużej ilości masy, w wyniku czego niewiele promieniowania utworzy się podczas opadania materii do jej wnętrza.

Inne możliwe wytłumaczenie zakłada, że czarna dziura ma masę „jedynie” miliarda mas Słońca, ale za to wiruje wokół swej osi z bardzo dużą prędkością. Wówczas mogłaby ona utworzyć znacznie silniejsze dżety przy wykorzystaniu takiej samej ilości okolicznej materii.

Cały artykuł: J. Hlavacek-Larrondo et al., Probing the extreme realm of AGN feedback in the massive galaxy cluster, RX J1532.9+3021



Źródło: Elżbieta Kuligowska | Źródło: astronomy.com

Liczba odsłon: 2252