Astronomowie odkryli kolosalne czarna dziura dżety zwane Porphyrion, rozciągające się na 23 miliony lat świetlnych, znacznie przewyższające nasze Droga Mleczna w rozmiarze.
To zdumiewające odkrycie, dokonane za pomocą radioteleskopów takich jak ASKAP i LOFAR, ujawnia, jak supermasywne czarne dziury wystrzeliwują dżety poruszające się niemal z prędkością światła, pomimo kosmicznych przeszkód. Specyficzna prostota i trwała moc Porphyriona, który przetrwał około 2 miliardy lat, podważa obecne zrozumienie dynamiki czarnych dziur i wpływających na nie czynników środowiskowych.
Odkrycie gigantycznych dżetów czarnych dziur
W odległym wszechświecie odkryto największe znane dżety czarnych dziur o średnicy 23 milionów lat świetlnych. Ta para wiązek cząstek wystrzelona przez supermasywną czarną dziurę jest ponad sto razy większa od naszej galaktyki, Drogi Mlecznej.
W 2022 r. ogłosiliśmy odkrycie jednego z największych dżetów czarnej dziury na nocnym niebie, wystrzelonego z (stosunkowo) pobliskiej galaktyki zwanej NGC2663. Używanie CSIRO’S Pathfinder australijskiej tablicy kilometrów kwadratowych (ASKAP) w Australii Zachodniej potwierdziliśmy, że dżet NGC2663 jest jednym z największych na niebie. Innymi słowy, patrząc z Ziemi, wydaje się być największy.
Przedstawiamy porfirion: kolosalne zjawisko
Nowy odrzutowiec, ogłoszony w czasopiśmie Naturazostał nazwany przez swoich odkrywców z Kalifornijskiego Instytutu Technologii w Stanach Zjednoczonych „Porfirionem” (olbrzym w mitologii greckiej). W rzeczywistości przewyższa dżet NGC2663 i jest ponad 20 razy większy – prawdziwy kolos.
Porfyrion może nam powiedzieć więcej o wielkim ekosystemie materii przepływającej wewnątrz i na zewnątrz galaktyk. Ale ten dżet także drapie nas po głowie: jak coś o średnicy 23 milionów lat świetlnych może być prawie idealnie proste?
Odsłonięcie niewidzialnych sił kosmicznych
Porfyrion został odkryty przez astronomów korzystających z Międzynarodówki Teleskop LOFARsieć czujników radiowych skupiona w Holandii i rozciągająca się od Szwecji po Bułgarię i od Irlandii po Łotwę. Teleskopy radiowe, takie jak ASKAP i LOFAR, widzą światło niewidoczne dla naszych oczu: fale radiowe.
Co w pierwszej kolejności uruchamia odrzutowiec? W centrum strumienia badacze widzą galaktykę, a w centrum galaktyki znajdują dowody na istnienie supermasywnej czarnej dziury.
Gdy materia jest przyciągana w stronę czarnej dziury, czekają ją różne losy. Część materii zostaje całkowicie zjedzona. Niektóre orbitują wokół czarnej dziury, tworząc dysk. Część z nich zostaje skręcona i splątana w intensywnych polach magnetycznych, aż w końcu zostanie uwolniona w dwa przeciwne strumienie, eksplodujące z prędkością niemal światła.
Widzieliśmy już dżety czarnych dziur, nawet te rozciągające się na wiele milionów lat świetlnych. Uderzające w Porphyrionie jest to, że wygląda prawie idealnie prosto. Jest tam mnóstwo zakrzywionych, zakrzywionych dżetów, w tym jeden widziany przez ASKAP i nazwany „Tańczącymi Duchami”.
Tajemnica prostoty Porfyriona
Wiele procesów może spowodować załamanie strumienia: przeszkoda, taka jak gęsta chmura, zmiana orientacji czarnej dziury, silne pola magnetyczne i międzygalaktyczny „wiatr”, gdy galaktyka macierzysta wpada w większą strukturę kosmiczną.
Dla kontrastu, wydaje się, że Porfyrion szczęśliwie przemierza kosmos przez około 2 miliardy lat, niezakłócony.
Jest to zastanawiające z dwóch powodów. Po pierwsze, to nie jest stąd. Jego światło podróżowało przez około 7 miliardów lat, aby dotrzeć na Ziemię. Widzimy Porfyriona takim, jakim był około 6 miliardów lat po Wielki Wybuch.
Podobnie jak w przypadku wszystkich obiektów astronomicznych, widzimy to w przeszłości, kiedy wszechświat był gęstszy (pamiętajcie: wszechświat się rozszerza). Jednak ruchliwe środowisko jest wrogiem prostego odrzutowca.
Po drugie, odrzutowiec utrzymujący stałą moc przez 2 miliardy lat wymaga stałego dopływu pożywienia. Ale to oznacza bogate środowisko lokalne, pełne smakołyków (gazu międzygwiazdowego) gotowych do spożycia. Stanowi to paradoks, ponieważ – ponownie – ruchliwe środowisko jest wrogiem prostego odrzutowca.
Jak podsumowują naukowcy, „obecnie nie wiadomo, w jaki sposób strumienie mogą zachować tak długotrwałą spójność”. Może Porphyrion miał szczęście i skierował swój strumień przez cichą uliczkę przestrzeni międzygalaktycznej.
Może jest coś w tym odrzutowcu, co pomaga mu utrzymać skupienie. Nie wiemy. Ale możemy wymyślić sposób, żeby się tego dowiedzieć. Obserwatorzy będą badać środowisko tego dżetu w drodze dalszych obserwacji w całym spektrum.
Radioastronomowie korzystają z teleskopów takich jak ASKAP i LOFAR, aby znaleźć więcej dżetów, dzięki czemu możemy odróżnić typowe od przypadkowych. Tymczasem astrofizycy wykorzystują superkomputerowe symulacje dżetów, aby dowiedzieć się, co je wystrzeliwuje, co może je zagiąć i w jakich warunkach.
Cykl kosmiczny: od galaktyk do czarnych dziur
Obiekty takie jak Porfyrion nie są zwykłymi kosmicznymi osobliwościami. Są integralną częścią ekosystemu materii, który kształtuje nasze kosmiczne środowisko. Materia międzygalaktyczna zasila galaktyki, galaktyki tworzą gwiazdy, niektóre galaktyki nawet czarne dziury, czarne dziury tworzą dżet, dżet wpływa na materię międzygalaktyczną i tak się dzieje.
Powoli rozwikłamy wskazówki dotyczące naszego miejsca w kosmosie.
Więcej informacji na temat tego odkrycia można znaleźć w artykule 140 dróg mlecznych pokrytych rekordowymi dżetami czarnych dziur.
Napisane przez Luke’a Barnesa, wykładowcę fizyki na Western Sydney University.
Na podstawie artykułu pierwotnie opublikowanego w Rozmowa.
Odniesienie: „Dżety czarnych dziur w skali kosmicznej sieci”: Martijn SSL Oei, Martin J. Hardcastle, Roland Timmerman, Aivin RDJGIB Gast, Andrea Botteon, Antonio C. Rodriguez, Daniel Stern, Gabriela Calistro Rivera, Reinout J. van Weeren, Huub JA Röttgering, Huib T. Intema, Francesco de Gasperin i SG Djorgovski, 18 września 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-07879-y
