Co zaczęło się jako standardowe poszukiwanie zimnego gazu w odległej galaktyce, przerodziło się w doniosłe odkrycie mechanizmu emisji promieniowania milimetrowego w pobliżu czarnych dziur. Technika nazwana przez naukowców „podwójnym zoomem” może fundamentalnie zmienić sposób badania najbardziej ekstremalnych obiektów w kosmosie.
Nieplanowane znalezisko o dużym znaczeniu
W 2015 roku zespół kierowany przez Matusa Rybaka z Uniwersytetu w Lejdzie prowadził obserwacje galaktyki RXJ1131-1231 znajdującej się w gwiazdozbiorze Pucharu. Obiekt ten od dawna intryguje astronomów ze względu na swoje szczególne położenie – pomiędzy nim a Ziemią znajduje się inna galaktyka pełniąca funkcję naturalnej soczewki grawitacyjnej.
To zjawisko soczewkowania powiększa obraz badanej galaktyki trzykrotnie, co samo w sobie stanowi nie lada ułatwienie dla obserwatorów. W tym konkretnym przypadku natura postanowiła jednak zaskoczyć naukowców dodatkową niespodzianką.
Czytaj także: Czarna dziura zderzyła się z gwiazdą. Powstała wyjątkowa supernowa
Porównując dane z teleskopu ALMA z lat 2015 i 2020, badacze dostrzegli coś niecodziennego. Trzy obrazy galaktyki zmieniały swoją jasność niezależnie od siebie, co stanowiło wyraźny dowód na występowanie mikrosoczewkowania – zjawiska wywoływanego przez pojedynczą gwiazdę znajdującą się pomiędzy galaktyką pierwszego planu a obserwatorem.
Korona czarnej dziury pod lupą
Połączenie obu efektów soczewkowania umożliwiło naukowcom zajrzenie w rejony przestrzeni, które normalnie pozostają niedostępne nawet dla najpotężniejszych teleskopów. Zaobserwowane fluktuacje w promieniowaniu milimetrowym okazały się kluczem do rozwiązania długoletniej zagadki.
Promieniowanie milimetrowe zwykle kojarzone jest ze stabilnym pyłem i gazem, więc jego zmienność w skali lat była sporym zaskoczeniem. Analiza zebranych danych doprowadziła badaczy do wniosku, że źródłem emisji jest tak zwana korona – gorący, magnetyczny i dynamiczny obszar w kształcie pierścienia otaczający supermasywną czarną dziurę.
Zwartość źródła emisji, określona na podstawie mikrosoczewkowania, pozwala stwierdzić, że jego promień wynosi maksymalnie 50 jednostek astronomicznych. To niezwykle mały obszar w skali kosmicznej, szczególnie jeśli weźmiemy pod uwagę, że odległość Ziemi od Słońca to zaledwie jedna jednostka astronomiczna.
Długo wyczekiwany przełom
Rybak wraz ze swoimi współpracownikami Dominique Sluse i Frédéricem Courbinem już w 2008 roku byli pionierami w wykorzystywaniu mikrosoczewkowania w świetle widzialnym. Dopiero teraz, po 17 latach, udało im się zastosować tę metodę do badania promieniowania milimetrowego.
Osiągnięcie to otwiera nowe możliwości badania skal przestrzennych mniejszych niż 0,01 parseka, które wcześniej pozostawały całkowicie poza zasięgiem teleskopów fal milimetrowych. Technika podwójnego zoomu może znaleźć zastosowanie w badaniu innych kwazarów i przyczynić się do lepszego zrozumienia procesów zachodzących w bezpośrednim sąsiedztwie czarnych dziur.
Czytaj także: Potencjalnie najmasywniejsza czarna dziura we Wszechświecie. Kosmiczny gigant o masie 36 miliardów słońc
Zespół otrzymał już czas obserwacyjny na Teleskopie Rentgenowskim Chandra, który posłuży do dokładniejszego zbadania temperatury i pól magnetycznych w pobliżu czarnej dziury. Te przyszłe obserwacje mają kluczowe znaczenie, ponieważ warunki panujące w bezpośrednim otoczeniu czarnej dziury wpływają na ewolucję całej otaczającej ją galaktyki.
Odkrycie to stanowi pierwszy jednoznaczny dowód na to, że korony są dominującym mechanizmem długoterminowej emisji w kwazarach radiowo-cichych. Wyniki badań zostały przyjęte do publikacji w czasopiśmie „Astronomy & Astrophysics” i są już dostępne na serwerze preprintów arXiv. To przypadkowe znalezisko może zrewolucjonizować nasze rozumienie najbardziej ekstremalnych środowisk we wszechświecie.