Astronomiczny Obiekt Miesiąca: Lipiec 2023

< poprzedni Archiwum następny >

Bezpośredni dowód istnienia pary czarnych dziur w centrum galaktyki OJ 287

Naukowcy, wśród których znalazł się profesor Stanisław Zoła z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie, nie ustają w badaniach galaktyki aktywnej OJ 287. Wyniki międzynarodowego zespołu kierowanego przez profesora Mauri Valtonena z uniwersytetu w Turku (Finlandia), ogłoszone na 242. spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego i opisane w najnowszym numerze czasopisma naukowego „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” przynoszą rewelacyjne informacje dotyczące wykrycia sygnału generowanego przez drugą supermasywną czarną dziurę znajdującą się w centrum tej odległej galaktyki.

OJ 287 jest blazarem, czyli szczególnym typem galaktyki aktywnej. Oddalony jest od nas o prawie 5 miliardów lat świetlnych. Istotne znaczenie ma jego położenie na niebie. Obiekt znajduje się w gwiazdozbiorze Raka, który należy do ekliptyki. W jej pobliżu leżą orbity planet Układu Słonecznego. Astronomowie od dawna w tych właśnie okolicach poszukiwali nowych planet i innych drobnych ciał, a począwszy od końca XIX wieku zaczęli systematycznie fotografować te rejony. Przeglądając stare klisze badacze odkryli, że po raz pierwszy światło pochodzące z OJ 287 nieświadomie zarejestrowano już w 1888 r.

Dzięki badaniom zmienności blasku światła widzialnego tego odległego układu, możliwym dziś do przeprowadzenia w unikatowej, ponad stuletniej skali czasowej, możemy poznać szczegóły jego budowy i ewolucji. Astronomowie zidentyfikowali dwa podstawowe cykle. Jeden, powtarzający się co 55 lat, jest związany z powolną zmianą orientacji całego układu. Drugiemu, powtarzającemu się mniej więcej co 12 lat, towarzyszą trwające około dwóch tygodni rozbłyski. Do wyjaśnienia tak nietypowej zmienności, a w szczególności gwałtownych cyklicznych pojaśnień, konieczne było zapostulowanie istnienia w centrum OJ 287 nie pojedynczej, jak to ma zazwyczaj miejsce w przypadku prawie wszystkich galaktyk aktywnych, a pary supermasywnych czarnych dziur zasadniczo różniących się rozmiarem. Główna czarna dziura, o masie aż 18 miliardów Słońc, jest otoczona dyskiem, z którego powoli „zasysa” znajdującą się w nim materię. Ta supermasywna czarna dziura generuje ponadto energetyczne, silnie skolimowane wypływy materii, którym towarzyszy promieniowanie elektromagnetyczne obserwowane na Ziemi. Druga, „stosunkowo niewielka” czarna dziura o masie „zaledwie” 150 milionów mas Słońc okrąża swoją towarzyszkę i co jakiś czas dwukrotnie „przebija” jej dysk – towarzyszą temu spektakularne świetlne fajerwerki.

Od kilkudziesięciu lat naukowcy dążyli do wydzielenia z obserwowanego światła indywidualnych przyczynków pochodzących z osobna z każdej czarnej dziury. Gdyby się to udało, mogliby potwierdzić istnienie dwóch masywnych składników. Modele teoretyczne zachowania ciasnego układu pary czarnych dziur dostarczyły przewidywań występowania kolejnych rozbłysków. Prognozy raz po raz się sprawdzały. Jednak astronomowie ciągle poszukiwali niezbitych dowodów istnienia mniej masywnej czarnej dziury.

W latach 2021 i 2022 międzynarodowy zespół prowadził szeroko zakrojoną kampanię wielozakresowych obserwacji OJ 287. Powodem tego były przewidywania rychłego „zanurzenia” się mniej masywnej czarnej dziury w dysku akrecyjnym. Faktycznie, niespełna kilka nocy po przewidzianym terminie profesor Zoła, przy użyciu rozsianych po całym świecie teleskopów sieci Skynet, zobaczył krótki rozbłysk. Trwał on tylko jeden dzień! Podczas przebijania dysku akrecyjnego „mała” czarna dziura pochłonęła dużą dawkę materii. To spowodowało nagłe rozjaśnienie całego układu. Tak krótkotrwałe zjawisko łatwo przeoczyć! Nie bez znaczenia dla powodzenia projektu było duże doświadczenie obserwacyjne i koordynacyjne prof. Zoły oraz… bezchmurna noc w tych częściach świata, gdzie były prowadzone obserwacje. W podobnym czasie pojaśnienie układu na falach gamma wykrył satelita Fermi. Dodatkowo, dłużej trwające zwiększenie jasności optycznej OJ287 ma miejsce w fazie wydostawania się czarnej dziury ponad dysk.

Łącząc wszystko razem, astronomowie ustalili, że te trzy rodzaje rozbłysków są dowodem bezpośredniego oddziaływania małomasywnej towarzyszki z dyskiem akrecyjnym otaczającym bardziej masywną czarną dziurę.




Oryginalna publikacja:Valtonen, Mauri J.; Zola, Staszek et al., Refining the OJ 287 2022 impact flare arrival epoch, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 521, Issue 4 (2023)

Opisane wyniki są częścią badań prowadzonych w Zakładzie Astronomii Gwiazdowej i Pozagalaktycznej Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie.


Kontakt:

Stanisław Zoła Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Jagiellońskiego S.Zola[@]oa.uj.edu.pl