Astronomowie odkryli odległy kwazar – czyli aktywne jądro galaktyki – zasilany przez zasilającą supermasywną czarną dziurę, wytwarzającą wiatry z rekordową prędkością 30% prędkości światła, około 323 milionów kilometrów na godzinę. Jest to najszybszy wiatr czarnej dziury obserwowany szczególnie w zakresie fal ultrafioletowych.
Kwazar napędzany czarną dziurą, znany jako J2318, ma niesamowitą masę 1,7 miliarda mas Słońca i znajduje się w odległości około 3 miliardów lat świetlnych. Chociaż jest to dość typowa masa dla supermasywna czarna dziuraWedług członka zespołu i badacza z York University, Patricka Halla, prędkość tych wiatrów nie jest typowa.
„Jeśli chodzi o prędkość, wiatr tego kwazara można nazwać huraganem kategorii 79” – mówi kierownik zespołu i badacz z York University Lucas Seaton – napisano w oświadczeniu. „Każda kategoria huraganów jest około 20% szybsza niż kategoria znajdująca się poniżej. Nazwanie go kategorią 79 daje wyobrażenie o jego szybkości, ale oczywiście ten wiatr nie przypomina żadnego innego wiatru na Ziemi”.
Uważa się, że wszystkie duże galaktyki zawierają w swoich sercach supermasywną czarną dziurę o masach milionów, a nawet miliardów razy większych niż słońceale nie wszyscy z tych kosmicznych tytanów zasilają kwazary i emitują tak niewiarygodnie potężne wiatry. Kwazary powstają, gdy te centralne supermasywne czarne dziury są otoczone ogromnymi ilościami gazu i pyłu, zwanymi dyskami akrecyjnymi. Dyski te stopniowo zasilają czarne dziury.
Wiatry czarnej dziury a wiatry ziemskie
Jak można sobie wyobrazić, masy miliony lub miliardy mas Słońca generują niesamowite siły grawitacyjne, a to oznacza, że dyski akrecyjne mogą mieć własne potężne siły pływowe, które powodują tarcie i powodują, że świecą jasno w całym spektrum elektromagnetycznym. Promieniowanie to wypycha również materię z dysków akrecyjnych w postaci intensywnych „wiatrów” czarnej dziury.
„W kwazarach często widzimy wiatry gazu odpychane od czarnej dziury przez światło kwazara” – powiedział Seaton. „Wiatr w J2318 można zobaczyć w zakresie fal ultrafioletowych przy prędkościach dochodzących do 30% prędkości prędkość światła. Jeszcze szybsze wiatry można zaobserwować w zakresie fal rentgenowskich, ale J2318 jest najszybszym, jaki kiedykolwiek odkryto w zakresie fal ultrafioletowych.”
Fakt, że wiatry czarnej dziury są napędzane promieniowaniem i popychane przez cząstki światła zwane fotonami odbijające się od atomów (a nie są powodowane ciśnieniem powietrza), sprawia, że te kosmiczne wichury tak bardzo różnią się od ziemskich wiatrów atmosferycznych.
„Kwazary emitują tak wiele fotonów, że te maleńkie pchnięcia dają w sumie ekstremalne prędkości” – powiedział Seaton. „Problem polega na tym, że fotony mogą również usunąć wszystkie elektrony z atomów, czyniąc je niewidzialnymi. Jak popchnąć gaz do prędkości, które widzimy, zachowując nienaruszone jony węgla i krzemu, które widzimy… to niezła zagadka!”
Aby uporać się z tą zagadką, zespół wykorzystał obserwacje danych pochodzące z przeglądu spektroskopowego SDSS-IV w dziedzinie czasu i mapera czarnych dziur SDSS-V w ramach szerszego przeglądu Sloan Digital Sky Survey (SDSS).
„Tak jak tęcza rozdziela światło słoneczne na różne długości fal i kolory, tak SDSS rozkłada światło niektórych gwiazd, galaktyk i kwazarów na tak zwane ich widma” – powiedział Seaton. „Dzięki praktyce uczniowie uczą się dostrzegać niezwykłe kwazary na podstawie tych widm”.
Szczegółowe widma J2318 ujawniły w świetle ultrafioletowym szybkie wiatry tego kwazara. Badanie wiatrów czarnych dziur, takich jak ten, jest ważne dla zrozumienia ewolucji galaktyk. Dzieje się tak dlatego, że dzięki wiatrom supermasywne czarne dziury wymieniają energię ze swoimi galaktycznymi domami. W szczególności energia ta może odepchnąć gaz i pył, które służą jako surowiec do formowania się gwiazd, hamując w ten sposób narodziny gwiazd galaktyki.
„Te ekstremalne wypływy niosą ze sobą niewiarygodne ilości energii, która może wpływać na otaczające je galaktyki. Stanowią swego rodzaju brakujące ogniwo: nieuchwytne sprzężenie zwrotne pomiędzy aktywnym centralnym obszarem galaktyki a resztą galaktyki” – stwierdziła w oświadczeniu Paola Rodríguez Hidalgo, profesor nadzwyczajny na Uniwersytecie Waszyngtońskim w Bothell. „Chociaż proces ten był uwzględniany w symulacjach powstawania galaktyk od dziesięcioleci, należy włożyć o wiele więcej pracy, aby zrozumieć go na podstawie obserwacji i upewnić się, że symulacje poprawnie go przeprowadzą”.
Zespół i inni astronomowie będą w dalszym ciągu poszukiwać szybkich wiatrów czarnych dziur w promieniowaniu ultrafioletowym, ale nie są pewni, czy znajdą wiatr tak szybki jak ten z J2318. „Nie będzie łatwo znaleźć szybszy wypływ ultrafioletu niż J2318, ale kontynuujemy te poszukiwania od pobliskiego wszechświata do najodleglejszych jego zakątków, jakie możemy zobaczyć” – podsumował Flores.
Wyniki badań zespołu opublikowano w czwartek (4 czerwca) w Dziennik astrofizyczny .
