Naukowcy z Uniwersytetu Michigan wykorzystali dwie dekady historii NASADane z Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra ujawniają nowy wgląd w zachowania kosmicznych dżetów emitowanych przez czarne dziury.
Ich badania ujawniają znaczące różnice w wyglądzie tych dżetów w promieniowaniu rentgenowskim w porównaniu z falami radiowymi, podkreślając ruchy szybsze od prędkości światła i unikalne formacje węzłów w obserwacjach rentgenowskich, co może zrewolucjonizować nasze rozumienie zjawisk galaktycznych.
Zespół kierowany przez Uniwersytet Michigan przeanalizował dane z ponad dwudziestu lat z należącego do NASA Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra, odkrywając nowe warstwy złożoności w badaniu czarnych dziur.
Badania skupiają się na wysokoenergetycznym strumieniu cząstek emitowanych przez supermasyw czarna dziura w centrum galaktyki Centaurus A. Te dżety, potężne strumienie cząstek, można obserwować za pomocą różnych teleskopów, w tym wykrywających fale radiowe i promieniowanie rentgenowskie. Od czasu wystrzelenia Chandry w 1999 roku astronomów szczególnie intrygują nieoczekiwanie jasne sygnały rentgenowskie emanujące z takich dżetów.
Początkowo obserwacje rentgenowskie zdawały się uchwycić cechy podobne do tych obserwowanych w zakresie fal radiowych, ale wynik nie pozwolił na ujawnienie głębszych rozróżnień. Dżety to masywne struktury, niektóre większe niż galaktyki, w których się znajdują, i pozostają naukową tajemnicą. Kiedy dżety wydają się podobne na różnych długościach fal, ogranicza to zdolność naukowców do odkrywania ukrytych złożoności tych zjawisk astrofizycznych.
Nowe wnioski z danych z obserwatorium Chandra
„Kluczem do zrozumienia tego, co dzieje się w dżecie, może być zrozumienie, w jaki sposób różne pasma fal wyznaczają różne części środowiska” – powiedział główny autor David Bogensberger, stażysta podoktorski na UM. „Teraz mamy taką możliwość”.
Nowe badanie jest najnowszym wpisem w niewielkim, ale rosnącym zbiorze badań, które polegają na głębszej analizie danych w celu wykrycia subtelnych, znaczących różnic między obserwacjami radiowymi i rentgenowskimi.
„Dżet w promieniach rentgenowskich różni się od strumienia w falach radiowych” – powiedział Bogensberger. „Dane rentgenowskie tworzą unikalny obraz, którego nie można zobaczyć na żadnej innej długości fali”.
Bogensberger i międzynarodowy zespół współpracowników opublikowali swoje ustalenia w czasopiśmie The Dziennik astrofizyczny.
Analizowanie ruchów węzłów w przestrzeni
W swoich badaniach zespół przyjrzał się obserwacjom Centaura A dokonanym przez Chandrę w latach 2000–2022. Mówiąc dokładniej, Bogensberger opracował do tego algorytm komputerowy. Algorytm śledził jasne, nierówne cechy strumienia, zwane węzłami. Śledząc węzły poruszające się w okresie obserwacji, zespół mógł następnie zmierzyć ich prędkość.
Szczególnie imponująca była prędkość jednego węzła. W rzeczywistości wydawało się, że porusza się szybciej niż prędkość światła, ze względu na sposób poruszania się względem punktu obserwacyjnego Chandry w pobliżu Ziemi. Odległość między węzłem a Chandrą zmniejsza się niemal tak szybko, jak może podróżować światło.
Zespół ustalił, że rzeczywista prędkość węzła wynosi co najmniej 94% prędkości światła. Wcześniej zmierzono prędkość węzła w podobnym miejscu za pomocą obserwacji radiowych. W wyniku tego węzeł osiągnął znacznie mniejszą prędkość, około 80% prędkości światła.
Implikacje dla przyszłych badań
„Oznacza to, że węzły strumieni radiowych i rentgenowskich poruszają się inaczej” – powiedział Bogensberger.
Ale to nie jedyna rzecz, która wyróżniała się z danych.
Na przykład obserwacje radiowe węzłów sugerują, że struktury znajdujące się najbliżej czarnej dziury poruszają się najszybciej. Jednak w nowym badaniu Bogensberger i jego współpracownicy odkryli najszybszy węzeł w swego rodzaju środkowym obszarze – nie najdalej od czarnej dziury, ale też nie najbliżej niej.
„W dalszym ciągu wielu rzeczy nie wiemy tak naprawdę na temat działania dżetów w paśmie rentgenowskim. To podkreśla potrzebę dalszych badań” – stwierdził Bogensberger. „Pokazaliśmy nowe podejście do badania odrzutowców i myślę, że jest jeszcze wiele interesującej pracy do wykonania”.
Kontynuacja eksploracji kosmicznych dżetów
Ze swojej strony Bogensberger wykorzysta podejście zespołu do zbadania innych odrzutowców. Dżet w Centaurusie A jest wyjątkowy, ponieważ jest najbliższym znanym nam dżetem i znajduje się w odległości około 12 milionów lat świetlnych.
Ta względna bliskość sprawiła, że była to dobra pierwsza opcja do testowania i walidacji metodologii zespołu. Cechy takie jak węzły stają się trudniejsze do rozwiązania w przypadku strumieni znajdujących się dalej.
„Ale są inne galaktyki, w przypadku których można przeprowadzić taką analizę” – powiedział Bogensberger. „I właśnie to planuję zrobić dalej”.
Odniesienie: „Nadświetlny ruch własny w strumieniu rentgenowskim Centaurusa A” autorstwa Davida Bogensbergera, Jona M. Millera, Richarda Mushotzky’ego, WN Brandta, Eliasa Kammouna, Abderahmena Zoghbiego i Ehuda Behara, 18 października 2024 r., Dziennik astrofizyczny.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad73a1
