Astronomowie podekscytowani przez błyski radiowe z czarnych dziur „zombie”

Reklama

śr., 07/27/2022 - 11:19 -- MagdalenaL

Gdy pechowa gwiazda podlatuje zbyt blisko jednej z supermasywnych czarnych dziur, które czają się w centrach galaktyk, zostaje rozszarpana na strzępy i rozciągnięta jak spaghetti. W wyniku tego tak zwanego zjawiska zakłócenia pływowego (TDE – ang. tidal disruption event), czarna dziura pożera pozostałości gwiazdy, które okręcają się wokół niej w postaci dyska akrecyjnego. Podczas tej uczty, czarna dziura może przez miesiące świecić jaśniej niż supernowa, zanim powróci do cichego stanu uśpienia.

A przynajmniej tak jest zazwyczaj.

Ciągłe obserwacje cierpliwych astronomów ukazały ostatnio kilka przypadków, w których czarne dziury budzą się i wypluwają materię i energię, wysyłając fale radiowe w kierunku Ziemi miesiące lub nawet lata po początkowym TDE. „Najbardziej zdumiewającą cechą »tych zdarzeń« jest to, że obiekty powracały do życia, jak zombie”, przekazał Enrico Ramirez-Ruiz, astrofizyk teoretyczny na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz. „Stanowi to prawdziwe niebezpieczeństwo dla paradygmatu”.

Astronomowie nie są pewni, co wywołuje opóźnione rozbłyski, lecz uważają, że emisje mogą pomóc wyjaśnić tajemnicze mechanizmy, przez które czarne dziury przemieniają wpadającą w nie materię gwiezdną w potężne dżety, które wystrzeliwują z ich biegunów. „Daje nam to trochę informacji o fizyce centralnego silnika, który w przeciwnym wypadku jest przed nami ukryty”, stwierdza Sasha Tchekhovsky, astrofizyk obliczeniowa na Uniwersytecie Północno-Zachodnim. „Te dżety są w stanie tworzyć całe galaktyki, więc są one bardzo ważnym procesem w ich ewolucji”.

Większość z kilku tuzinów znanych TDE została wykrytych przez światło optyczne lub promienie rentgenowskie wyemitowane podczas pierwotnej uczty. Jednakże „Radio gra bardzo ważną rolę” w zrozumieniu TDE, jak podaje astronom Igor Andreoni z Joint Space-Sciene Institute. Czarne dziury emitują fale radiowe, wyrzucając plazmę w postaci polarnych dżetów lub wypluwając materię, która zderza się z otaczającym gazem. Te wycieki mają miejsce zazwyczaj podczas TDE, zaraz po tym, jak czarna dziura rozedrze swoją ofiarę.

W lutym 2021 roku zaś Assaf Horesh astrofizyk na Uniwersytecie Hebrajskim w Jeruzalem, odkrył wybuch radiowy, który pojawił się 6 miesięcy po pierwotnym TDE. Potem, 30 czerwca, Yvette Cendes, astronom w Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics, zgłosiła znalezienie kolejnego opóźnionego wybuchu w preprincie przedłożonym arXiv. Wykorzystując kilka obserwatoriów, udokumentowała wraz ze współpracownikami nagły skok aktywności radiowej wytworzony ponad dwa lata po pierwotnym posiłku czarnej dziury. „To dość wyjątkowa sytuacja”, stwierdza Cendes.

Itai Sfaradi, absolwent Horesha, prawdopodobnie znalazł trzeci przypadek. W wyniku ponownej analizy uprzednio zauważonego TDE Sfaradi twierdzi w wydaniu The Astrophysical Journal z 10 lipca, że znalazł opóźnione sygnały radiowe wraz z rozbłyskiem promieni X. Horesh wyjaśnił, że te łączone emisje są czasem widywane w tak zwanych rentgenowskich układach podwójnych, w których czarne dziury o rozmiarach gwiazdy wchłaniają gaz z towarzyszącej im gwiazdy, co wskazuje na to, że te mechanizmy mogą być spokrewnione.

Zmiany w dysku akrecyjnym czarnej dziury napędzają rozbłyski z rentgenowskich układów podwójnych, a Ramirez-Ruiz uważa, że to samo może dziać się w przypadku supermasywnych czarnych dziur, kilka miesięcy po TDE. W tej sytuacji spaghettowany gaz gwiezdny kumuluje się wolniej przez dłuższy okres, pozwalając dyskowi akrecyjnemu ochłodzić się i schudnąć. Po jakimś czasie dysk słabnie to tego stopnia, że otwiera się ścieżka, która pozwala polu magnetycznemu czarnej dziury wyrzucić materię z dysku w kosmos, gdzie zderza się ona z otaczającym gazem i wytwarza rozbłyski radiowe.

Zgadza się z tym Tchekhovsky — i ma modele, które demonstrują to zachowanie. Wraz ze współpracownikami przeprowadził symulacje komputerowe ewolucji dysków akrecyjnych i odkrył, że potrafią osiągnąć stan równowagi, w którym dżety mogą tworzyć się wydajnie. Kluczowy moment nadchodzi, gdy dysk akrecyjny jest wciąż dostatecznie gęsty, by napędzać dżety, lecz dość rzadki, by nie absorbować emitowanych fal radiowych. Być może dlatego widzimy te opóźnione rozbłyski, dodaje — „Po prostu czekamy, aż gaz będzie miał odpowiednią gęstość”.

Gdyby zakrojone na szeroką skalę badania radiowe uchwyciły inne przebudzenia zombie, można byłoby odkryć kolejne wskazówki. Very Large Array, zespół teleskopów w Nowym Meksyku, ma przeskanować niebo po raz trzeci w następnym roku, a Australian Square Kilometre Array Pathfinder rozpocznie badanie całego nieba później tego roku. Zarówno Cendes, jak i Horesh planują przeprowadzić dodatkowe badanie radiowe TDE, wykorzystując, między innymi, te obserwatoria. W nieopublikowanej jeszcze pracy Cendes uważa, że znalazła już kilka nowych kandydatów.

Ramirez-Ruis dodaje, że odkrycie większej populacji tych TDE o opóźnionych rozbłyskach odblokowałoby naturalne laboratorium, pozwalając teoretykom badać zachowanie czarnych dziur w przeróżnych okolicznościach. Stwierdza, że dla fizyków „Gastronomia czarnych dziur jest nowym placem zabaw”.

Autor: 
Zack Savitsky / Tłum. Bartłomiej Kamiński
Dział: 

Reklama