Czarne dziury są obiektami tak masywnymi, że nic nie może z nich uciec. Ale wokół nich krąży materia, a pole magnetyczne czarnej dziury może ją rozpędzać i wyrzucać w kosmiczną przestrzeń. Strumienie takiej rozpędzonej materii – wraz z powstającym w czasie tego procesu promieniowaniem – nazywane są dżetami, od angielskiego „jet”.

Czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej miała własny dżet

Astronomowie już jakiś czas temu znaleźli dowody na to, że supermasywna czarna dziura w centrum naszej Galaktyki, zwana Saggitarius A* (lub w skrócie Sgt A*), również musiała posiadać taki dżet. Teraz opisują, że istnieje on nadal, choć jest niezwykle słaby. Wciąż wypycha materię w kosmiczną przestrzeń i wygląda jak niewielki przeciek.

– Czarna dziura w centrum [naszej Galaktyki] jest zmienna i obecnie nie wykazuje dużej aktywności – mówi Gerard Cecil z University of North Carolina, współautor pracy. Okazuje się, że to monstrum o masie ponad 4 milionów mas Słońca tylko drzemie. Od czasu do czasu, gdy połknie odpowiednio dużo materii, budzi się i dostaje czkawki.

Zespół Cecila zebrał świadczące o tym dowody w pracy opublikowanej w czasopiśmie naukowym „Astrophysical Journal”. Na istnienie dżetu wskazują obserwacje w różnych długościach fal, wykonane przez wiele teleskopów. Wynika z nich, że za każdym razem gdy Sgt A* coś pochłonie, powstaje niewielki „mini-dżet”.

Kosmiczne bąble to ślad bardzo słabego dżetu z Sgt A*

W 2013 roku wykryto taką strugę gazu i promieniowania w danych z satelity rentgenowskiego Chandra oraz z radioteleskopu Jansky Very Large Array w Nowym Meksyku. Był to dżet skierowany na południe (czyli w dół płaszczyzny Galaktyki). W tym przypadku kierunek ustalamy na podstawie orientacji Ziemi – jej biegun północy jest zwrócony „w górę” płaszczyzny jej orbity i płaszczyzny dysku galaktycznego.

Cecila zastanowiło wtedy, czy istnieje drugi dżet, skierowany w przeciwną stronę. Jest to częste w przypadku silnych dżetów wokół supermasywnych czarnych dziur. Przejrzał więc dane z obserwatorium ALMA w Chile, które obserwuje kosmos w falach milimetrowych. Pozwala to zajrzeć za obłoki pyłu, które dzielą nas od centrum Galaktyki. Okazało się, że taki dżet istnieje. Rozciąga się on na północ na odległość 15 lat świetlnych od czarnej dziury Sgt A*.

Potem zespół Cecila poszukał śladów w danych z zdjęciach z teleskopu Hubble’a, wykonanych w podczerwieni. Astronomowie znaleźli w nich ślady bąbla rozgrzanego gazu ciągnącego się aż 35 lat świetlnych od czarnej dziury. Sądzą, że to właśnie słaby już dziś dżet rozdął obłok gazu do takich rozmiarów.

Miliony lat temu czarna dziura w centrum Galaktyki wytworzyła gigantyczne „bańki Fermiego”

W miarę tego, jak dżet zagłębia się w obłok gazu, jego początkowo cienki stożek poszerza się. Potem dzieli się na cieńsze, osobne włókna. – Przypominają nieco macki ośmiornicy. Dość sporej, bo ciągnącej się na 500 lat świetlnych – dodaje Alex Wagner z japońskiego Uniwersytetu w Tsukubie, współautor pracy.

Wagner i Cecil przeprowadzili na superkomputerach symulacje, które potwierdziły tę układankę. – Nasza supermasywna czarna dziura wyraźnie zwiększyła swoją aktywność przynajmniej milion razy w ciągu ostatniego miliona lat. To wystarczyło, by wybić materię w galaktyczne halo – wyjaśniają uczeni.

Poprzednie obserwacje z teleskopów i satelitów wskazywały, że Sgt A* mogła znacząco zwiększyć jasność około 2–4 milionów lat temu. To wystarczyło, by w kosmiczną pustkę wyrzucić prostopadle do płaszczyzny Galaktyki dwie olbrzymie bańki rozgrzanych gazów i promieniowania rentgenowskiego. Promieniowanie odkrył satelita ROSAT w 2003 roku, zaś gazy satelita Fermi w 2010 roku. Satelita eROSITA pozwolił stworzyć dokładną mapę tych baniek w 2020 roku. Nazwano je „bańkami Fermiego”.

Czarna dziura w centrum naszej Galaktyki może kiedyś znów zwiększyć aktywność

Pozostałości po dżecie, który kiedyś wyrzucała w kosmos supermasywna czarna dziura w centrum naszej Galaktyki, mogą znów się rozjarzyć. Jeśli w pobliże Sgt A* trafi duży obłok pyłów i gazów, zostanie on przez nią wciągnięty, a pole magnetyczne może znów wyrzucić resztki obłoku w kosmiczną przestrzeń.

– Czarna dziura będzie musiała zwiększyć swoją aktywność tylko kilkaset razy w ciągu kilkudziesięciu lat, żeby wypełnić kanał dżetu cząstkami materii. Byłoby bardzo fajnie móc zaobserwować, jak daleko dotrą. Żeby dotarły do baniek Fermiego, zwiększona aktywność musiałaby się utrzymywać przez setki lub tysiące lat. Bańki rozciągają się bowiem na 50 tysięcy lat świetlnych – mówi Cecil.

Choć takie dżety są niezwykle silnym strumieniem energii, Ziemi nic nie zagrozi. Skierowane są bowiem prostopadle do orbity Ziemi i płaszczyzny Galaktyki.


Źródła: Astrophysical Journal, NASA.