Astronomowie zaobserwowali rzadki wybuch z supermasywnej czarnej dziury

Naukowcy zaobserwowali nigdy wcześniej niewidziany wybuch pochodzący z supermasywnej czarnej dziury – obiektu o masie odpowiadającej 30 milionom Słońc. Wyniki badań opublikowano w grudniu tego roku w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.

Uwagę astronomów przyciągnął jasny rozbłysk promieniowania rentgenowskiego, który pojawił się gwałtownie, a następnie szybko zanikł.

Wraz z jego wygasaniem ogromna czarna dziura wyrzuciła materię w przestrzeń kosmiczną z oszałamiającą prędkością 60, 000 kilometrów na sekundę.

Obserwowana czarna dziura znajduje się w odległej galaktyce spiralnej NGC 3783. Pod koniec lipca 2024 r. przeprowadzono 10-dniową kampanię obserwacyjną galaktyki, kierowaną przez nową misję rentgenowską XRISM pod egidą Japońskiej Agencji Kosmicznej (JAXA), Amerykańskiej Agencji Kosmicznej NASA oraz Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). Misja została wystrzelona we wrześniu 2023 roku.

Przeprowadzone badania sugerują, że wiatry wywołane rozbłyskiem są podobne do tych powstających na Słońcu, co może dostarczyć nowych wskazówek dotyczących naszego Wszechświata.

Czym jest czarna dziura?

Wbrew nazwie czarne dziury nie są „dziurami", lecz ogromnymi ilościami materii skompresowanymi w bardzo małej przestrzeni – wyjaśnia NASA.

Są tak gęste, że nic nie może się z nich wydostać, nawet światło, co czyni je jednymi z najbardziej tajemniczych obiektów we Wszechświecie.

Supermasywne czarne dziury mają masę tysiące, a czasem miliardy razy większą od masy Słońca i znajdują się w centrach niemal wszystkich dużych galaktyk.

Najbliższa Ziemi czarna dziura to Gaia BH1. Waży około 10 razy więcej niż Słońce i znajduje się w Gwiazdozbiorze Wężownika, około 1600 lat świetlnych od nas.

Otaczają je wirujące dyski gazu i pyłu, które mogą zostać wciągnięte przez ich potężną grawitację.

Gdy czarna dziura „pochłania" ten materiał, dyski nagrzewają się do ekstremalnych temperatur i emitują jasne światło o różnych długościach fal, w tym promieniowanie rentgenowskie.

Wyrzucane są także tzw. strumienie gazu i materii (dżety), zwane również wiatrami – zawierają one zjonizowane atomy, które mogą wpływać na powstawanie nowych gwiazd w galaktyce.

„Nigdy wcześniej nie obserwowaliśmy, aby czarna dziura tworzyła wiatry w tak szybkim tempie," mówi Liyi Gu, główny autor badań z Holenderskiej Organizacji Badań Kosmicznych (SRON).

Badana supermasywna czarna dziura znajduje się około 130 mln lat świetlnych od Ziemi. Do jej obserwacji naukowcy wykorzystali dwa teleskopy współpracujące przy odkryciu tego wyjątkowego zjawiska: XMM-Newton Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), badający źródła promieniowania rentgenowskiego, oraz XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission) – część misji kierowanej przez Japońską Agencję Eksploracji Aerokosmicznej (JAXA) przy wsparciu ESA i NASA.

Jasny obszar zasilany przez supermasywną czarną dziurę nazywany jest aktywnym jądrem galaktyki (AGN). Aktywność galaktyki wynika z procesów zachodzących w jej centrum, takich jak emisja strug materii, czyli tzw. dżetów.

„Wydaje się, że wiatry wokół tej czarnej dziury powstały, gdy splątane pole magnetyczne AGN nagle się 'rozplątało' – podobnie jak rozbłyski na Słońcu, ale w skali niemal niemożliwej do wyobrażenia" – wyjaśnia Matteo Guainazzi, naukowiec projektu ESA XRISM i współautor odkrycia.

Camille Diez, członkini zespołu i stypendystka badawcza ESA, mówi, że wietrzne AGN „odgrywają dużą rolę" w tym, jak ich galaktyki ewoluują w czasie.

„Ponieważ mają tak ogromny wpływ, poznanie magnetyzmu AGN i sposobu, w jaki tworzą takie wiatry, jest kluczem do zrozumienia historii galaktyk w całym Wszechświecie," dodaje.

Nie jest to jednak jedyny przełom w badaniach nad czarnymi dziurami w tym roku. Na początku lipca satelity NASA zaobserwowały inny rzadki wybuch.

Zjawisko okazało się rozbłyskiem gamma – najbardziej energetycznym typem eksplozji znanym we Wszechświecie. Zwykle takie rozbłyski trwają zaledwie minutę, ale ten utrzymywał się przez kilka dni.

Naukowcy uważają, że to niezwykłe wydarzenie może oznaczać odkrycie zupełnie nowego rodzaju gwiezdnej eksplozji, co wywołało gorącą debatę i ekscytację w środowisku badaczy.

„Rozbłysk był niezwykle potężny – uwolnił energię równą tej, którą tysiąc Słońc emitowałoby przez 10 miliardów lat," powiedział NASA Benjamin Gompertz z Uniwersytetu w Birmingham.

„Co zdumiewające, galaktyka znajduje się tak daleko, że światło tej eksplozji zaczęło swoją podróż około 8 miliardów lat temu, czyli na długo przed powstaniem Słońca i Układu Słonecznego," dodał.

Sekrety wszechświata

Badania wskazują, że wiatry obserwowane w pobliżu czarnej dziury w galaktyce NGC 3783 przypominają potężne erupcje słoneczne, znane jako koronalne wyrzuty masy. Te ogromne emisje naładowanych cząstek z najbardziej zewnętrznej warstwy Słońca mogą oddziaływać na Ziemię.

Często występują w tym samym czasie co rozbłysk słoneczny – czyli gwałtowny wyrzut promieniowania, gdy energia zgromadzona w „skręconych" polach magnetycznych zostaje uwolniona.

„Skupiając się na aktywnej supermasywnej czarnej dziurze, dwa teleskopy odkryły coś, czego nigdy wcześniej nie widzieliśmy: szybkie, ultrawysokie wiatry wywołane rozbłyskiem, przypominające te, które powstają na Słońcu," mówi Erik Kuulkers, naukowiec projektu ESA XMM-Newton.

„Co ekscytujące, sugeruje to, że fizyka Słońca i zjawiska o wysokiej energii mogą działać w zaskakująco podobny sposób w całym Wszechświecie," dodaje.

Ten tekst został napisany i sprawdzony przez dziennikarzy BBC. Przy tłumaczeniu zostały użyte narzędzia AI, jako część projektu pilotażowego.

Edycja: Kamila Koronska