Legendarna aktywna galaktyka zawiera potworną czarną dziurę
Astronomowie-amatorzy mogą obserwować niezwykły obiekt niebieski znany jako 3C 273, najdalszy cel widoczny przez standardowy teleskop przydomowy. Świecąca światłem bilionów słońc, 3C 273 znajduje się ponad dwa miliardy lat świetlnych stąd. Dziś rozpoznajemy w nim genialne jądro aktywnej galaktyki, zasilane supermasywną czarna dziura zużywając ogromne ilości materiału.
Jednakże w 1963 roku 3C 273 było tajemnicą. Astronom Maarten Schmidt zbadał ją po zauważeniu jej silnej emisji radiowej. Przez najbardziej zaawansowany teleskop tamtych czasów przypominała gwiazdę, ale jej światło wykazywało dziwne cechy. Ekspansja Wszechświata rozciągnęła jego światło na fale o długości czerwonej, co jest zjawiskiem zwanym kosmologicznym przesunięciem ku czerwieni. To umieściło 3C 273 w zdumiewającej odległości 2,5 miliarda lat świetlnych – zbyt odległej dla zwykłej gwiazdy. Odkrycie Schmidta wprowadziło nową klasę obiektów: kwazary, czyli obiekty quasi-gwiazdowe. Ich ogromna jasność i moc wyjściowa nie przypominały niczego, co widzieliśmy wcześniej, co stanowiło wyzwanie dla naszego zrozumienia kosmosu.
Kilkadziesiąt lat wcześniej, w 1929 roku, astrofizyk Sir James Jeans wysunął teorię, że jasne centra galaktyk mogą działać jak „białe dziury”, przenosząc materię do naszego wszechświata z innego wymiaru. Jednak teraz wiemy, że rzeczywistość jest odwrotna. Kwazary zasilane są przez supermasywne czarne dziury, które żarłocznie pochłaniają otaczającą materię. Należą do szerszej grupy aktywnych jąder galaktycznych i są niezbędne do zrozumienia powstawania i ewolucji galaktyk.
Ostatnie obserwacje z wykorzystaniem Kosmiczny Teleskop Hubble’a dostarczyły nowych informacji na temat kwazarów. Ostre zdjęcia wykonane przez Hubble’a uchwyciły niezwykłe struktury w odległości 16 000 lat świetlnych od czarnej dziury 3C 273, w tym włókna, płaty i tajemniczą formację w kształcie litery L. Niektóre z nich mogą być pozostałościami małych galaktyk satelitarnych wpadających do czarnej dziury o masie prawie 900 milionów słońc. Te wspaniałe obiekty pozostają istotnym obszarem badań, ponieważ na niebie rozproszonych jest co najmniej milion kwazarów. Wszystko zaczęło się od 3C 273, pierwszego kwazar kiedykolwiek odkryto, co otworzyło bramę do zrozumienia najbardziej energetycznych zjawisk we wszechświecie.
NASAHubble przygląda się kwazarowi z jak największej odległości
Astronomowie wykorzystali niezwykłe możliwości Kosmicznego Teleskopu Hubble’a należącego do NASA, aby bezprecedensowo przyjrzeć się sercu kwazara, jasnego centrum galaktyki zasilanego przez supermasywną czarną dziurę pochłaniającą pobliską materię.
Nowe obserwacje Hubble’a ujawniają intrygujące i nieoczekiwane cechy wokół kwazara. Bin Ren z Obserwatorium Lazurowego Wybrzeża i Université Côte d’Azur w Nicei we Francji określił odkrycie jako „dziwne”, odnotowując odkrycie kilku plam o różnych rozmiarach i szczególnej strukturze włóknistej w kształcie litery L. Wszystkie te obiekty znajdują się w odległości 16 000 lat świetlnych od czarnej dziury, oferując świeży wgląd w chaotyczne środowisko otaczające te energetyczne zjawiska kosmiczne.
Wgląd w skład i aktywność kwazarów
Niektóre z obiektów mogą być małymi galaktykami satelitarnymi wokół czarnej dziury, dzięki czemu mogą oferować materiały, które będą gromadzić się na centralnej supermasywnej czarnej dziurze, zasilając jasną latarnię morską. „Dzięki mocy obserwacyjnej Hubble’a otwieramy nową bramę do zrozumienia kwazarów” – powiedział Ren. „Moi koledzy są podekscytowani, ponieważ nigdy wcześniej nie widzieli tak wielu szczegółów”.
Kwazary wyglądają jak gwiazdy jako punktowe źródła światła na niebie (stąd nazwa obiektu quasi-gwiazdowego). Kwazar objęty nowym badaniem, 3C 273, został zidentyfikowany w 1963 roku przez astronoma Maartena Schmidta jako pierwszy kwazar. W odległości 2,5 miliarda lat świetlnych była zbyt daleko dla gwiazdy. Musiała być bardziej energetyczna niż kiedykolwiek sobie wyobrażano, a jej jasność była ponad 10 razy jaśniejsza niż najjaśniejsze gigantyczne galaktyki eliptyczne. Otworzyło to drzwi do nieoczekiwanej nowej zagadki w kosmologii: co napędza tę masową produkcję energii? Prawdopodobnym winowajcą była materia akreująca na czarnej dziurze.
Źródło: NASA, ESA, Bin Ren (Université Côte d’Azur/CNRS), John Bahcall (IAS), Joseph DePasquale (STScI)
Kontekst historyczny i postęp technologiczny
W 1994 roku nowy, ostry obraz Hubble’a ujawnił, że środowisko otaczające kwazary jest znacznie bardziej złożone, niż początkowo przypuszczano. Obrazy sugerują zderzenia i połączenia galaktyczne kwazarów z galaktykami towarzyszącymi, podczas których szczątki spadają kaskadą na supermasywne czarne dziury. To ponownie rozpala gigantyczne czarne dziury napędzające kwazary.
Dla Hubble’a patrzenie na kwazar 3C 273 przypomina patrzenie bezpośrednio w oślepiający reflektor samochodu i próbę dostrzeżenia mrówki pełzającej po krawędzi wokół niego. Kwazar emituje tysiące razy większą energię niż gwiazdy w galaktyce. Jeden z najbliższych Ziemi kwazarów, 3C 273, znajduje się w odległości 2,5 miliarda lat świetlnych. (Gdyby znajdowała się bardzo blisko, kilkadziesiąt lat świetlnych od Ziemi, wydawałaby się tak jasna jak Słońce na niebie!)
Instrument STIS na Hubble’u może służyć jako koronograf blokujący światło ze źródeł centralnych, podobnie jak Księżyc blokuje blask Słońca podczas całkowitego zaćmienia Słońca. Astronomowie wykorzystali STIS do odkrycia pyłowych dysków wokół gwiazd, aby zrozumieć powstawanie układów planetarnych, a teraz mogą wykorzystać STIS do lepszego zrozumienia galaktyk macierzystych kwazarów. Koronograf Hubble’a pozwolił astronomom spojrzeć na czarną dziurę osiem razy bliżej niż kiedykolwiek wcześniej.
Postępy w obrazowaniu kwazarów i perspektywy na przyszłość
Naukowcy uzyskali rzadki wgląd w pozagalaktyczny strumień materii kwazara o długości 300 000 lat świetlnych, płonący w przestrzeni kosmicznej z prędkością bliską prędkości światła. Porównując dane koronograficzne STIS z archiwalnymi obrazami STIS z 22-letnią separacją, zespół kierowany przez Rena doszedł do wniosku, że dżet porusza się szybciej, gdy jest dalej od potwornej czarnej dziury.
„Dzięki drobnym strukturom przestrzennym i ruchowi dżetów Hubble wypełnił lukę pomiędzy interferometrią radiową na małą skalę a obserwacjami obrazowania optycznego na dużą skalę, dzięki czemu możemy wykonać obserwacyjny krok w kierunku pełniejszego zrozumienia morfologii macierzystego kwazara. Nasz poprzedni pogląd był bardzo ograniczony, ale Hubble pozwala nam szczegółowo zrozumieć skomplikowaną morfologię kwazarów i interakcje galaktyczne. W przyszłości dalsze spojrzenie na 3C 273 w świetle podczerwonym za pomocą Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba może dać nam więcej wskazówek” – powiedział Ren.
Co najmniej 1 milion kwazarów jest rozproszonych po niebie. Stanowią przydatne „reflektory” tła dla różnorodnych obserwacji astronomicznych. Kwazary były najliczniejsze około 3 miliardy lat po Wielkim Wybuchu, kiedy zderzenia galaktyk były częstsze.
Kosmiczny Teleskop Hubble’a od ponad trzech dekad stanowi kamień węgielny odkryć astronomicznych, rewolucjonizując nasze rozumienie wszechświata. Wspólny projekt NASA i Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) Hubble okrąża Ziemię, wykonując wspaniałe zdjęcia i dane, które pogłębiły naszą wiedzę o zjawiskach kosmicznych, od odległych galaktyk po czarne dziury.
Zarządzane przez należące do NASA Centrum Lotów Kosmicznych Goddard w Maryland, przy wsparciu Lockheed Martin Space w Denver, operacje Hubble’a są świadectwem międzynarodowej pracy zespołowej i zaawansowanej inżynierii. Działalność naukową teleskopu prowadzi Instytut Naukowy Teleskopów Kosmicznych (STScI) w Baltimore, prowadzonego przez Stowarzyszenie Uniwersytetów Badań Astronomicznych. Dzięki swoim przełomowym odkryciom Hubble pozostaje istotnym narzędziem do badania kosmosu i inspirującym pokolenia naukowców i entuzjastów.
