Astronomové najdou supermasivní černou díru, která hoduje podle pravidelného plánu, každých 9 hodin
Astronomové našli supermasivní černou díru (SMBH) s neobvykle pravidelným rozvrhem krmení. Behemot je an aktivní galaktické jádro (AGN) v srdci galaxie Seyfert 2 GSN 069. AGN je od Země vzdálena asi 250 milionů světelných let a obsahuje asi 400 000násobek hmotnosti Slunce.
Tým astronomů použil ESA XMM-Newton a NASA rentgenová observatoř Chandra pozorovat rentgenové emise SMBH. Přibližně každých 9 hodin se černá díra jasně rozzáří rentgenovými paprsky, jak je do ní vtahován materiál. Astronomové našli dvě další černé díry s hvězdnou hmotností, které pravidelně plápolají, když se krmí, ale tento druh pravidelnosti u supermasivní černé díry nebyl nikdy předtím viděn.
'Tato černá díra má takový jídelníček, jaký jsme nikdy předtím neviděli.'
Giovanni Miniutti, hlavní autor, Centrum ESA pro astrobiologii, Španělsko.
Článek popisující tento objev je publikován v Nature a nese název „ Devítihodinové rentgenové kvaziperiodické erupce z nízkohmotného galaktického jádra černé díry .“ Hlavním autorem je Giovanni Miniutti z centra ESA pro astrobiologii ve Španělsku. Podle listu spotřebuje SMBH třikrát denně materiál v hodnotě asi čtyř měsíců. To znamená, že pokaždé, když se černá díra nakrmí, spotřebuje asi milion miliard miliard liber materiálu.
'Tato černá díra má takový jídelníček, jaký jsme nikdy předtím neviděli,' řekl Miniutti tisková zpráva . 'Toto chování je tak bezprecedentní, že jsme museli vytvořit nový výraz, abychom jej popsali: 'Rentgenové kvaziperiodické erupce'.'
Rentgenové emise z tohoto SMBH jsou známy a pozorovány od července 2010, ale byly stabilní. Nový dokument je založen na 54 dnech pozorování počínaje prosincem 2018, počínaje observatoří ESA XMM-Newton. Tato observatoř zaznamenala 24. prosince dva výbuchy. V lednu našel XMM-Newton další tři z těchto pravidelných výbuchů.
Poté astronomové požádali observatoř Chandra observatoře NASA o více času na pozorování. Chandra pozoroval dalších pět těchto událostí. Během současných pravidelných erupcí se aktivita vzplanutí rentgenového záření zvýší o dva řády nad emisemi rentgenového záření na pozadí. Každá erupce trvá něco málo přes jednu hodinu a objevuje se každých devět hodin.
Graf z výzkumného dokumentu ukazující první dvě erupce nebo kvaziperiodické erupce (QPE) zaznamenané XMM-Newton (vlevo nahoře), následující tři erupce zaznamenané XMM-Newton (vpravo nahoře) a pět erupcí zaznamenaných Chandra (dole.) Tato pravidelná aktivita vzplanutí nebyla u SMBH nikdy viděna. Obrazový kredit: G. Miniutti et. al., 2019.
'Kombinací dat z těchto dvou rentgenových observatoří jsme sledovali tyto periodické výbuchy po dobu nejméně 54 dnů,' řekl spoluautor Richard Saxton z Evropského střediska vesmírné astronomie v Madridu ve Španělsku. 'To nám dává jedinečnou příležitost být svědky toku hmoty do supermasivní černé díry, která se opakovaně zrychluje a zpomaluje.'
Během každého z těchto výbuchů je záblesk rentgenového záření 20krát jasnější než během klidných období. Teplota padajícího plynu také stoupá. Stoupá z asi 1 milionu stupňů Fahrenheita v klidnějších obdobích na 2,5 milionu stupňů Fahrenheita během erupcí. Vyšší teplota je přibližně stejná jako teplota plynu kolem většiny SMBH, které aktivně rostou.
Příčina těchto pravidelných vzplanutí není známa. Horký plyn o teplotě 2,5 milionu stupňů F. obklopující GSN 069 má stejnou teplotu jako plyn obklopující jiné SMBH. Je to záhada, protože je prostě příliš horké, než aby to bylo z padajícího disku materiálu, který obklopuje černé díry. GSN 069 je však jedinečnou příležitostí ke studiu tohoto jevu, protože horký plyn se opakovaně tvoří a poté mizí.
Normálně je tento horký plyn způsoben roztržením hvězdy a pohlcením černou dírou, alespoň si to astronomové myslí. Ale pravidelnost, kterou GSN 069 vykazuje, je záhadou.
Vnitřní struktura AGN. Obrazový kredit: Podle originálu: Neznámý; Vektorizace: Rothwild – Vlastní práce na základě: Galaxies AGN Inner-Structure-of.jpg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=46857319
'Myslíme si, že původem rentgenové emise je hvězda, kterou černá díra částečně nebo úplně roztrhla a kousek po kousku pomalu pohlcuje,' řekla spoluautorka Margherita Giustini, rovněž z Centra pro astrobiologii ESA. 'Ale pokud jde o opakující se výbuchy, je to úplně jiný příběh, jehož původ je třeba studovat s dalšími daty a novými teoretickými modely.'
Opět platí, že vidět supermasivní černou díru spotřebovávat plyn z hvězdy není nic nového. Pravidelnost vzplanutí GSN 069 je tím, co škrábe na hlavě. Autoři studie navrhují dvě možná vysvětlení pravidelného rozvrhu krmení SMBH:
- Množství energie v disku se hromadí, dokud se nestane nestabilním a hmota rychle padá do černé díry, která způsobuje výbuchy. Ten cyklus se opakuje.
- Dochází k interakci mezi diskem a sekundárním tělesem obíhajícím kolem černé díry, možná pozůstatkem částečně narušené hvězdy.
Díky pozorování Chandra tým vědců ví, že zdroj zářících rentgenových paprsků je přímo v srdci GSN 069. Tam se očekává, že bude SMBH. Kombinovaná data z Chandra a XMM-Newton také jasně ukazují, že vzplanutí, i když pravidelné, se pomalu mění: velikost i doba trvání „jídel“ černé díry se mírně zmenšily a prostor mezi jednotlivými jídly se zvětšuje. Je na budoucích pozorováních, zda budou tyto trendy pokračovat.
GSN 069 je na malé straně pro SMBH. Obvykle SMBH obsahuje tolik hmotnosti jako několik milionů nebo dokonce několik miliard Sluncí, zatímco GSN 069 obsahuje pouze asi 400 000 Sluncí o hmotnosti. To by mohlo pomoci vysvětlit, proč tento typ pravidelného krmení nebyl dosud viděn.
Umělecký dojem hvězdy krmící černou díru. Autoři této studie říkají, že pravidelné vzplanutí GSN 069 je způsobeno zbytkem hvězdy interagujícím s diskem materiálu kolem černé díry. Kredit: ESO/L. Calçada
U větších SMBH, mnohem větších než je tento, jsou jejich výkyvy jasu mnohem pomalejší. Namísto erupce každých devět hodin by jim mělo trvat měsíce nebo dokonce roky, než se takto rozhoří. To by vysvětlovalo, proč kvaziperiodické erupce (QPE) jako tyto nebyly pozorovány. Rentgenové observatoře jsou vytížené a neexistuje způsob, jak trénovat jednoho na jednom cíli tak dlouho.
Bylo pozorováno několik případů, kdy bylo pozorováno velké zvýšení nebo snížení rentgenového záření produkovaného černými dírami. Tato pozorování se spoléhala na opakovaná pozorování po dobu měsíců nebo dokonce let. Některé z těchto změn jsou příliš rychlé na to, aby je vysvětlila standardní teorie padající hmoty z akrečního disku černé díry. Ale tento objev by mohl vysvětlit tato pozorování. Mohou mít podobné chování jako GSN 069.
Více:
- Tisková zpráva: Vědci objevili, že Černá díra má tři teplá jídla denně
- Výzkumný papír: Devítihodinové rentgenové kvaziperiodické erupce z nízkohmotného galaktického jádra černé díry
- Wikipedie: Aktivní galaktické jádro