Jedna czarna dziura czy dwie? Próby wyjaśnienia zagadki właściwości AGN

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz (UCSC) uważają, że to obłoki pyłu, a nie podwójne czarne dziury mogą wyjaśnić właściwości występujące w aktywnych jądrach galaktycznych (active galactic nuclei – AGN). Wyniki zespołu zostały opublikowane 14 czerwca w miesięczniku Royal Astronomical Society.

Wiele dużych galaktyk posiada w swoim wnętrzu AGN, mały, jasny, centralny region zasilany materią, która opada po spirali na supermasywną czarną dziurę. Gdy takie czarne dziury energicznie pochłaniają materię, zostają otoczone gorącym, szybko poruszającym się gazem.  

Emisja z gazu jest najlepszym źródłem informacji na temat masy centralnej czarnej dziury i tego, jak ona wzrasta. Charakter tego gazu jest jednak słabo poznany. W szczególności występuje mniejsza niż oczekiwana emisja z gazu poruszającego się z pewnymi prędkościami. Rozpad prostych modeli spowodował, że niektórzy astronomowie zaczęli myśleć, że AGN może mieć dwie a nie jedną czarną dziurę w swoim wnętrzu.

Nowa analiza przeprowadzona przez naukowców z UCSC wyjaśnia wiele z pozornej złożoności i zmienności w emisji z regionu, jako wynik małych obłoków pyłu, które mogą częściowo zasilać najgłębsze obszary AGN. Okazuje się, że wiele właściwości aktywnych jąder galaktycznych można wytłumaczyć małymi obłokami pyłu, które powodują zmiany w tym, co widzimy.

Współautor publikacji, Peter Harrington wyjaśnia, że gaz opadający w kierunku centralnej czarnej dziury galaktyki tworzy płaski dysk akrecyjny, a przegrzany gaz z tego dysku emituje intensywne promieniowanie cieplne. Część tego światła jest ponownie przetworzona (pochłonięta i ponownie emitowana) przez wodór oraz inne gazy wirujące nad dyskiem akrecyjnym w tym regionie. Nad i pod nim to obszar pyłu.

Kiedy pył przekroczy pewien próg, zostaje poddany silnemu promieniowaniu z dysku akrecyjnego. Autorzy publikacji uważają, że jest ono tak intensywne, że wydmuchuje pył z dysku, powodując odpływ obłoków pyłu rozpoczynający się na zewnętrznej krawędzi obszaru.

Skutek obłoków pyłu na emitowanym świetle jest taki, że światło docierające zza nich wygląda na słabsze i bardziej poczerwienione, tak jak ziemska atmosfera sprawia, że zachodzące Słońce wydaje się być słabsze i bardziej czerwone. Gaskell i Harrington opracowali kod komputerowy do modelowania efektów tych obłoków pyłowych w obserwacjach regionu.

Obaj naukowcy pokazują również, że poprzez włączenie do swojego modelu obłoków pyłowych, mogą odtwarzać wiele cech emisji z regionu, który od dawna intryguje astrofizyków. Zamiast gazu mającego zmienny, asymetryczny rozkład, który jest trudny do wyjaśnienia, gaz jest po prostu jednolitym, symetrycznym, burzliwym dyskiem wokół czarnej dziury. Widoczne asymetrie i zmiany spowodowane są chmurami pyłu przechodzącymi przed regionem, co sprawia, że regiony za nim wydają się słabsze i bardziej czerwone.

Badacze uważają, że jest to bardziej naturalne wyjaśnienie asymetrii i zmian, niż inne egzotyczne teorie, takie jak sugerowane podwójne czarne dziury. Wyjaśnienie to pozwala zachować prostotę modelu standardowego AGN, w którym materia po spirali opada na pojedynczą czarną dziurę.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
One black hole or two? Dust clouds can explain puzzling features of active galactic nuclei

Źródło: Royal Astronomical Society

Na zdjęciu: Wizja artystyczna ukazująca, jak AGN może wyglądać z bliska. Źródło: Peter Z. Harrington