Obserwatorium Swift zbadało parę olbrzymich czarnych dziur zakłócających obłoki gazu

Naukowcy wykorzystali obserwacje z należącego do NASA Neil Gehrels Swift Observatory i po raz pierwszy odkryli sygnał pochodzący od pary wielkich czarnych dziur zakłócających obłok gazu w centrum galaktyki.

„To bardzo dziwne wydarzenie, zwane AT 2021hdr, które powtarza się co kilka miesięcy. Uważamy, że czarne dziury były otoczone chmurą gazu. Krążąc wokół siebie, oddziaływały one z obłokiem, zakłócając go i pochłaniając gaz. Powodowało to oscylujący wzór w świetle pochodzącym z systemu” – mówi Lorena Hernández-García z University of Valparaíso w Chile.

Para czarnych dziur znajduje się w centrum galaktyki o nazwie 2MASX J21240027+3409114, położonej w odległości 1 miliarda lat świetlnych od Układu Słonecznego, w północnym gwiazdozbiorze Łabędzia. Obiekty te znajdują się w odległości około 26 miliardów kilometrów od siebie – na tyle blisko, że światło potrzebuje zaledwie jednego dnia, aby przebyć drogę między nimi. Razem mają masę 40 milionów razy większą niż Słońce. Naukowcy szacują, że okrążają się one co 130 dni i zderzą się ze sobą za około 70 tysięcy lat. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Astronomy and Astrophysics.

Zjawisko AT 2021hdr zostało po raz pierwszy zauważone w marcu 2021 r. przez astronomów prowadzących przegląd nieba w ramach Caltech Zwicky Transient Facility (ZTF) w Obserwatorium Palomar w Kalifornii. Zostało ono oznaczone jako potencjalnie interesujące źródło przez ALeRCE (Automatic Learning for the Rapid Classification of Events) – program łączący narzędzia sztucznej inteligencji z ludzką wiedzą, aby informować społeczność naukową o szczególnych wydarzeniach na nocnym niebie, wykorzystując ogrom danych zebranych przez programy badawcze.

„Chociaż początkowo sądzono, że ten rozbłysk był supernową, powtórne wybuchy w 2022 r. skłoniły nas do zastanowienia się nad innymi wyjaśnieniami. Każde kolejne wydarzenie pomogło nam udoskonalić nasz model tego, co dzieje się w tym systemie” – tłumaczy Alejandra Muñoz-Arancibia z University of Chile.

Od czasu pierwszego rozbłysku, w ramach ZTF rejestrowano wybuchy AT 2021hdr co 60-90 dni. Co skłoniło astronomów do obserwacji źródła za pomocą satelitarnego obserwatorium Swift. Pomogło toustalić, że układ podwójny wytwarza oscylacje w świetle ultrafioletowym i rentgenowskim w tych samych skalach czasowych, w jakich ZTF widzi je w zakresie widzialnym. Naukowcy przeprowadzili analizę różnych modeli, aby wyjaśnić to, co było obserwowane w danych.

Początkowo zakładali, że sygnał może być produktem ubocznym normalnej aktywności w centrum galaktyki. Następnie rozważali, czy przyczyną może być zaburzenie pływowe –zniszczenie gwiazdy, która znalazła się zbyt blisko jednej z czarnych dziur.

Ostatecznie wskazali inną możliwość – eksplozję pływową obłoku gazu, który był większy niż sam układ podwójny czarnych dziur. Gdy chmura napotkała te gęste obiekty, grawitacja rozerwała ją, tworząc włókna wokół pary, a tarcie zaczęło ją podgrzewać. Gaz stał się szczególnie gęsty i gorący w pobliżu czarnych dziur, co zostało uchwycone przez Swift.

Jak tłumaczą naukowcy, gdy układ podwójny krąży po orbicie, złożona gra sił wyrzuca z niego część gazu przy każdym obrocie. Interakcje te powodują fluktuacje światła obserwowane przez Swift.

Badacze planują kontynuować obserwacje AT 2021hdr, aby lepiej zrozumieć system i ulepszyć swoje modele. Są również zainteresowani badaniem jej galaktyki macierzystej, która obecnie łączy się z inną pobliską podobną strukturą.

„Swift zbliża się do swojej 20. rocznicy uruchomienia, a wciąż pomaga nam lepiej zrozumieć Wszechświat i niezwykłe zdarzenia, które mają w nim miejsce” – podsumowuje S. Bradley Cenko z Goddard Space Flight Center NASA.

Emil Gołoś