Czarne dziury to żarłoczne twory czające się w centrum galaktyk. Prawie wszyscy wiedzą, że nic nie może im uciec, nawet światło. Kiedy więc coś zbudowanego z prostej materii znajdzie się zbyt blisko, czy to planeta, gwiazda czy chmura gazu, jest to skazane na zagładę. Ale czarna dziura nie zjada go od razu. Bawi się “jedzeniem”, czasami wypluwa światło. Kiedy czarna dziura znajduje się nie tylko w centrum galaktyki, ale w centrum gromady galaktyk, te beki i dżety wycinają ogromne wnęki z gorącego gazu w centrum gromady, zwane bańkami radiowymi.
Astronomia i astrofizyka zajmują się światłem. Prawie wszystko, co wiemy o odległych obiektach w kosmosie, w tym o czarnych dziurach, pochodzi z obserwacji światła. (Wyjątkiem są fale grawitacyjne). Silna grawitacja czarnej dziury oznacza, że wszystko, co podejdzie zbyt blisko, zakończy swoją egzystencję w czarnej dziurze. W nowym badaniu zespół naukowców korzystających z Teleskopu Green Bank Telescope (GBT) National Science Foundation zbadał supermasywną czarną dziurę (SMBH) emitującą tajemnicze bańki radiowe.
Badanie jest obrazowaniem efektu SZ w rozdzielczości „GBT/MUSTANG-2 9” w MS0735.6+7421” i zostało opublikowane w czasopiśmie Astronomy and Astrophysics. Głównym autorem jest Jack Orlowski-Scherer, doktorant na University of Pennsylvania w czasie przeprowadzania badania. Supermasywne czarne dziury znajdują się w centrach dużych galaktyk, takich jak Droga Mleczna. Można je znaleźć w każdej dużej galaktyce, w tym w galaktykach w sercach gromad galaktyk. Sercem gromady galaktyk jest ekstremalne środowisko. Plazma osiąga tam temperaturę, do 50 milionów stopni Celsjusza. Ta plazma emituje promieniowanie rentgenowskie i z czasem rozprasza ciepło. Plazma ochładza się, umożliwiając formowanie się gwiazd. To trochę jak sytuacja Wszechświata po Wielkim Wybuchu. Dopiero po ostygnięciu mogły powstać gwiazdy.
Czasami czarna dziura ponownie podgrzeje otaczający ją gaz, zapobiegając powstawaniu gwiazd. Nazywa się to sprzężeniem zwrotnym czarnej dziury i dzieje się tak, gdy czarne dziury emitują strumienie ogrzanej materii ze swoich centrów. Dżety są niezwykle potężne, odpychając gorący gaz emitujący promieniowanie rentgenowskie w centrum gromady galaktyk, tworząc rozległe bańki radiowe.
Chociaż ten opis sprawia, że proces wydaje się prosty, tak nie jest. Potrzeba ogromnej energii, aby przenieść tak dużo gazu, a astrofizycy chcą wiedzieć, skąd pochodzi cała ta energia. W tym badaniu naukowcy zbadali bąbelki radiowe w poszukiwaniu wskazówek dotyczących źródła energii. Green Bank Telescope to w pełni sterowalny radioteleskop — największy na świecie — znajdujący się w Wirginii Zachodniej. Jego obszar zbierania ma średnicę 100 metrów. Odbiornik MUSTANG-2 to rodzaj kamery zwany odbiornikiem continuum, który działa na wielu kanałach.
Zespół skierował instrument na gromadę galaktyk MS0735. Znajduje się w odległości około 2,6 miliarda lat świetlnych i znana jest z tego, że w swoim centrum ma niezwykle masywną czarną dziurę. Dżety pochodzące z czarnej dziury w centrum są jednymi z najpotężniejszych aktywnych erupcji jądra galaktyk, jakie kiedykolwiek zarejestrowano. Erupcja trwa od ponad 100 milionów lat i wyzwoliła tyle energii, co setki milionów rozbłysków gamma.
Dżety są prawdopodobnymi winowajcami baniek radiowych, ale dokładnie nie wiadomo, jak działają. W jakiś sposób dostarczają ciepło, które zapobiega powstawaniu gwiazd.
Region ten jest trudny do zaobserwowania, ale zespół wykorzystał moc MUSTANG-2, aby zajrzeć do bąbli radiowych. Wykorzystali zjawisko zwane efektem Suniajewa-Zeldowicza (SZ). Efekt SZ to subtelne zniekształcenie kosmicznego mikrofalowego tła (CMB), czasami nazywane echem Wielkiego Wybuchu. To promieniowanie reliktowe od momentu powstania Wszechświata ponad 13 miliardów lat temu. Efekt SZ rejestruje się jako niewielkie ciśnienie termiczne przy 90 gigahercach, gdzie MUSTANG-2 może je wyczuć. 90 GHz należy do pasma milimetrowego, ponieważ fale radiowe w tym paśmie mają długość fali od jednego do dziesięciu milimetrów.
To badanie nie jest pierwszym przypadkiem, kiedy astrofizycy badali te bańki radiowe. Te wysiłki pokazały, że ciśnienie wewnątrz tych bąbli nie było całkowicie termiczne. Jako przyczyny wskazali cząstki relatywistyczne, promienie kosmiczne i turbulencje, a także niewielki wkład pól magnetycznych. „Ogólnie rzecz biorąc, mechanizmy wsparcia można podzielić na dwie kategorie: termiczne i nietermiczne”, wyjaśnia zespół w swoim artykule. Ale obserwacje w nowym badaniu są najgłębszymi jak dotąd obserwacjami SZ wnętrza bąbelków. Jest to ważne, ponieważ efekt SZ pozwala odróżnić przyczyny ciśnienia termicznego od ciśnienia nietermicznego i przyczyn relatywistycznych elektronów. Wyniki tego badania pokazują więcej niuansów przyczyn ubytków, w tym źródeł termicznych i nietermicznych.
Clarke jest astronomem w Laboratorium Badawczym Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych i naukowcem projektu VLITE, który jest współautorem poprzedniego badania radiowego tego systemu.
Gromady galaktyk są ważne, ponieważ są punktami końcowymi formowania się struktur we Wszechświecie. Rosną w sposób ciągły poprzez fuzje i akrecję. Teoria i obliczenia pokazują, że część ich energii nie jest jeszcze termalizowana, co oznacza, że pochodzi z turbulencji i ruchu masowego. Naukowcy chcą wiedzieć, w jakim stopniu ciśnienie w klastrze nie jest podtrzymywane termicznie, ponieważ pomaga im to zrozumieć, w jaki sposób gaz w ośrodku wewnątrz klastra osiąga równowagę. Nazywa się to wirializacją i prowadzi do powstawania gwiazd.
Wszystko to wiąże się z problemem sprzężenia zwrotnego czarnej dziury, które zapobiega powstawaniu gwiazd. Badania takie jak to, które wykorzystują odbiornik GBT/MUSTANG-2 na wielu częstotliwościach, mogą rozpocząć rozplątywanie tego złożonego środowiska poprzez określenie, w jaki sposób ciśnienie termiczne i nietermiczne wspiera bańki radiowe. Naukowcy chcieliby lepiej zrozumieć, w jaki sposób turbulencje, pola magnetyczne, a nawet promienie kosmiczne wspierają te bąbelki.
______________________
Spodobał Ci się wpis ? To postaw kawę
