Wybuchy nowej w układach podwójnych gwiazd podwoiły się w pobliżu dżetu czarnej dziury
Supermasywny czarna dziura w jądrze olbrzymiej galaktyki eliptycznej M87 wystrzeliwuje płonący, jasny strumień osocze ścigając się w przestrzeni kosmicznej z prędkością bliską prędkości światła. Sprawia, że promień „Gwiazdy Śmierci” z trylogii „Gwiezdne Wojny” wygląda jak słaby płomień zapalniczki.
Astronomowie Hubble’a odkryli, że samo zbliżanie się do energetycznego strumienia plazmy wydaje się niebezpieczne. Wydaje się, że gwiazdy eksplodują częściej w pobliżu trajektorii dżetu liczącej 3000 lat świetlnych. Gwiazdy, zwane nowymi, wybuchają w układach podwójnych, w których starzejąca się, spuchnięta, normalna gwiazda wylewa wodór na wypaloną gwiazdę. biały karzeł gwiazda towarzyszka. Gdy wodór gromadzi się na powierzchni karła, osiąga punkt krytyczny, w którym eksploduje niczym bomba wodorowa. Nowe często wybuchają w olbrzymiej galaktyce składającej się z 1 biliona gwiazd, ale te znajdujące się w pobliżu dżetu wydają się eksplodować częściej.
Astronomowie domyślali się, że coś w dżecie albo przyspiesza proces tankowania i tempo eksplozji, albo rodzi w jego pobliżu nowe układy podwójne nowej. Kiedy jednak astronomowie „przeanalizowali liczby”, obie hipotezy zawiodły. Pozostaje więc zgadywać, dlaczego dżety czarnych dziur zwiększają tempo erupcji nowych.
Kosmiczny Teleskop Hubble’a Odkrywa, że wiązka czarnej dziury sprzyja erupcjom gwiazd
W zaskakującym odkryciu astronomowie używają NASAKosmiczny Teleskop Hubble’a odkrył, że podobny do palnika dżet z supermasywnej czarnej dziury w jądrze ogromnej galaktyki wydaje się powodować erupcje gwiazd wzdłuż swojej trajektorii. Gwiazdy, zwane nowymi, nie zostały uwięzione w strumieniu, ale najwyraźniej w pobliskiej, niebezpiecznej okolicy.
Odkrycie wprawia w zakłopotanie badaczy poszukujących wyjaśnienia. „Nie wiemy, co się dzieje, ale to bardzo ekscytujące odkrycie” – powiedział Alec Lessing z Uniwersytetu Stanforda, główny autor artykułu opublikowanego 27 września w czasopiśmie The Dziennik astrofizyczny. „Oznacza to, że czegoś brakuje w naszym rozumieniu interakcji dżetów czarnych dziur z otoczeniem”.
Tajemnica erupcji nowej
Nowa wybucha w układzie podwójnym, gdzie starzejąca się, spuchnięta, normalna gwiazda wylewa wodór na wypalonego białego karła towarzyszącego. Kiedy karzeł zgromadzi głęboką na milę warstwę powierzchniową wodoru, warstwa ta eksploduje niczym gigantyczna bomba nuklearna. Biały karzeł nie zostaje zniszczony przez erupcję nowej, która wyrzuca jego warstwę powierzchniową, a następnie wraca do wysysania paliwa ze swojego towarzysza, a cykl wybuchów nowej rozpoczyna się od nowa.
Hubble odkrył w badanym okresie dwa razy więcej gwiazd nowych wybuchających w pobliżu dżetu niż gdziekolwiek indziej w olbrzymiej galaktyce. Dżet jest wystrzeliwany przez centralną czarną dziurę o masie 6,5 miliarda mas Słońca, otoczoną dyskiem wirującej materii. Czarna dziura wypełniona opadającą materią wystrzeliwuje strumień plazmy o długości 3000 lat świetlnych, płonący w przestrzeni kosmicznej z prędkością bliską prędkości światła. Wszystko, co złapie w wiązkę energetyczną, będzie skwierczeć. Jednak według nowych odkryć Hubble’a przebywanie w pobliżu jego pęcherzowego wypływu jest najwyraźniej również ryzykowne.
Ten film przedstawia lokalizację obserwacji nowych – eksplodujących gwiazd – prowadzonych przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a, w olbrzymiej galaktyce eliptycznej M87. Najbardziej godną uwagi cechą galaktyki jest długi na 3000 lat świetlnych strumień plazmy wyrzucony z supermasywnej centralnej czarnej dziury. Obserwacje Hubble’a pozwoliły zidentyfikować liczne nowe w pobliżu dżetu. Można je rozpoznać po czerwonych okręgach, które zmieniają kolor na biały po wybuchu nowej. Wydaje się, że gwiazdy eksplodują częściej w pobliżu dżetu. Dżet może wypychać międzygwiazdowy wodór w stronę sąsiednich gwiazd, wzmacniając proces zasilania gwiazd, który zwiększa częstotliwość eksplozji. Kiedy cała galaktyka jest badana fotometrycznie, mniej nowych pojawia się w większej odległości od dżetu. Źródło: NASA, ESA, Joseph DePasquale (STScI)
Rola dżetu w częstotliwości nowej
Odkrycie dwukrotnie większej liczby nowych w pobliżu dżetu oznacza, że w pobliżu dżetu znajduje się dwa razy więcej układów podwójnych tworzących nowe lub że układy te wybuchają dwukrotnie częściej niż podobne układy w innych częściach galaktyki.
„Dżet robi coś z systemami gwiezdnymi, które wędrują po okolicy. Być może dżet w jakiś sposób zasypuje białe karły paliwem wodorowym, powodując ich częstsze erupcje” – powiedział Lessing. „Nie jest jednak jasne, czy jest to nacisk fizyczny. Może to być efekt ciśnienia światła emitowanego przez strumień. Kiedy szybciej dostarczasz wodór, szybciej dochodzi do erupcji. Coś może podwoić szybkość przenoszenia masy na białe karły w pobliżu dżetu.” Inną hipotezą, którą rozważali naukowcy, jest to, że dżet podgrzewa gwiazdę towarzyszącą karła, powodując jego dalsze przelewanie się i zrzucanie na karła większej ilości wodoru. Naukowcy obliczyli jednak, że to ogrzewanie nie jest wystarczająco duże, aby wywołać taki efekt.
Wzmocniona aktywność gwiazd i obserwacje Hubble’a
„Nie jesteśmy pierwszymi osobami, które twierdzą, że wygląda na to, że wokół odrzutowca M87 dzieje się więcej” – powiedział współbadacz Michael Shara z Amerykańskiego Muzeum Historii Naturalnej w Nowym Jorku. „Ale Hubble wykazał tę wzmożoną aktywność na znacznie większej liczbie przykładów i istotności statystycznej niż kiedykolwiek wcześniej”.
Krótko po wystrzeleniu Hubble’a w 1990 roku astronomowie korzystali z jego pierwszej generacji Kamera słabych obiektów (FOC), aby zajrzeć do centrum M87 gdzie czai się potwór czarna dziura. Zauważyli, że wokół czarnej dziury dzieją się niezwykłe rzeczy. Niemal za każdym razem, gdy Hubble patrzył, astronomowie widzieli niebieskawe „zdarzenia przejściowe”, które mogły świadczyć o pojawianiu się nowych jak błyski aparatu fotograficznego u pobliskich paparazzi. Jednak pole widzenia FOC było tak wąskie, że astronomowie Hubble’a nie mogli odwrócić wzroku od dżetu, aby porównać go z obszarem bliskim dżetu. Przez ponad dwie dekady wyniki pozostawały tajemniczo kuszące.
Przekonujące dowody na wpływ dżetu na gwiazdy galaktyki macierzystej zebrano w ciągu dziewięciu miesięcy obserwacji Hubble’a za pomocą nowszych kamer o szerszym polu widzenia w celu zliczenia wybuchających nowych. Stanowiło to wyzwanie dla harmonogramu obserwacji teleskopu, ponieważ wymagało odwiedzania M87 dokładnie co pięć dni w celu wykonania kolejnego zdjęcia. Dodanie wszystkich zdjęć M87 dało najgłębsze zdjęcia M87, jakie kiedykolwiek wykonano.
Hubble odkrył 94 nowe w jednej trzeciej M87, które może objąć jego kamera. „Dżet nie był jedyną rzeczą, na którą patrzyliśmy – patrzyliśmy na całą wewnętrzną galaktykę. Kiedy już naniosłeś wszystkie znane nowe na M87, nie potrzebowałeś statystyk, aby przekonać się, że wzdłuż strumienia znajduje się nadmiar nowych. To nie jest nauka o rakietach. Odkrycia dokonaliśmy po prostu patrząc na zdjęcia. I chociaż byliśmy naprawdę zaskoczeni, nasze analizy statystyczne danych potwierdziły to, co wyraźnie widzieliśmy” – powiedziała Shara.
To osiągnięcie jest w całości zasługą unikalnych możliwości Hubble’a. Zdjęcia z teleskopu naziemnego nie są na tyle wyraźne, aby dostrzec nowe głęboko wewnątrz M87. Nie są w stanie rozróżnić gwiazd ani erupcji gwiazd w pobliżu jądra galaktyki, ponieważ otoczenie czarnej dziury jest zdecydowanie zbyt jasne. Tylko Hubble może wykryć nowe na jasnym tle M87.
Nowe są niezwykle powszechne we wszechświecie. Codziennie jedna nowa wybucha gdzieś w M87. Ponieważ jednak w widzialnym wszechświecie znajduje się co najmniej 100 miliardów galaktyk, gdzieś tam co sekundę wybucha około 1 miliona nowych.
Odniesienie: „Dziewięciomiesięczny przegląd M87 w bliskim promieniu UV za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. II. A Strongly Enhanced Nova Rate Near the Jet of M87”, Alec M. Lessing, Michael M. Shara, Rebeka Hounsell, Shifra Mandel, Nava Feder i William Sparks, 27 września 2024 r., Dziennik astrofizyczny.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad70b7
Kosmiczny Teleskop Hubble’a działa od ponad trzydziestu lat i nadal dokonuje przełomowych odkryć, które kształtują nasze podstawowe rozumienie wszechświata. Hubble to projekt międzynarodowej współpracy NASA i ESA (Europejska Agencja Kosmiczna). Centrum lotów kosmicznych Goddard NASA w Greenbelt w stanie Maryland zarządza teleskopem i operacjami misji. Lockheed Martin Space z siedzibą w Denver w Kolorado wspiera również operacje misyjne w Goddard. The Instytut Naukowy Teleskopów Kosmicznych w Baltimore w stanie Maryland, prowadzony przez Stowarzyszenie Uniwersytetów Badań nad Astronomią, prowadzi operacje naukowe Hubble’a dla NASA.
