Gwałtowny rozbłysk gamma w pobliżu czarnej dziury w innej galaktyce
Mapa obszaru nieba w pobliżu galaktyki IC 310. Jasne źródło promieniowania gamma po prawej zostało zarejestrowane przez teleskopy MAGIC w dniu 12.11.2012 r. W ramce widać powiększenie obszaru na podstawie obserwacji na falach radiowych wykonanych dwa tygodnie później. Źródło: MAFIC / EVN.Polscy astronomowie z Uniwersytetu Łódzkiego brali udział w obserwacjach silnego rozbłysku promieniowania gamma z bliskich okolic supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki IC 310. Wyniki obserwacji publikuje czasopismo naukowe „Science Express”.
Obserwacje zostały przeprowadzone instrumentami pracującymi w całkowicie różnych zakresach długości fali elektromagnetycznej. Zastosowano dwa 17-metrowe teleskopy MAGIC przeznaczone do obserwacji promieniowania gamma, pracujące na wyspie La Palma należącej do Hiszpanii. Dodatkowo ten sam obiekt obserwowano na falach radiowych europejską siecią radioteleskopów EVN (European VLBI Network), w której ramach obserwacje prowadził także toruński radioteleskop w Centrum Astronomii UMK.
Astronomowie są przekonani, iż w centrach galaktyk znajdują się supermasywne czarne dziury, które mają w skrajnych przypadkach masy nawet kilka miliardów razy większe niż masa Słońca. Przykładem takiego obiektu jest czarna dziura w sercu galaktyki IC 310. Galaktyka ta jest częścią gromady galaktyk w gwiazdozbiorze Perseusza i znajduje się około 260 milionów lat świetlnych od nas.
IC 310 należy do galaktyk z aktywnym jądrem, czyli emitującym promieniowanie w szerokim zakresie energii na poziomie znacznie jaśniejszym niż cała galaktyka. Naukowcy określają ten rodzaj obiektu skrótem AGN, od angielskiej nazwy Active Galactic Nucleus.
Obserwacje radiowe centrum galaktyki IC 310 wykazują istnienie rozciągłej strugi materii biegnącej od centrum. Wiadomo, iż struga porusza się z prędkościami relatywistycznymi (bliskimi prędkości światła) i że obserwujemy ją pod kątem 10 stopni. Nadal nie wiadomo jednak jak powstaje. Mimo że struga wypływa ze źródła mieszczącego się w obszarze zaledwie kilku promieni orbity Ziemi wokół Słońca, to wysyła promieniowanie o energii takiej jak miliardy Słońc.
Dzięki połączeniu sił wielu radioteleskopów, czyli interferometrycznym obserwacjom radiowym, udało się uzyskać szczegóły struktury aż do poziomu rzędu roku świetlnego. Teleskopy promieniowania gamma, które obserwują promieniowanie o energiach o kilkanaście rzędów wielkości większych niż fale radiowe, nie są w stanie uzyskać tak dużej rozdzielczości kątowej, jak współpracujące ze sobą radioteleskopy. Jednocześnie obserwacje promieniowania gamma są kluczowe dla zrozumienia zjawisk zachodzących w aktywnych jądrach galaktyk. Naukowcy mają jednak sposób na obejście tej niedogodności.
„Prawa fizyki wskazują, że żaden obszar nie może rozbłysnąć szybciej niż czas, który potrzebowałoby światło, żeby go przekroczyć” - tłumaczy Julian Sitarek, pracownik Katedry Astrofizyki WFIS Uniwersytetu Łódzkiego, analizujący dane obserwacyjne z IC 310.
Obserwacje teleskopami MAGIC wykazały, że źródło IC 310 zmienia swoją emisję w czasie zaledwie 5 minut. Wynik ten jest zaskakujący dla astronomów, jeśli porównamy go z rozmiarami czarnej dziury w centrum IC 310. Przy uwzględnieniu przywołanego przez Sitarka prawa fizyki, okazuje się, że zmienność odpowiada zaledwie jednej piątej szacowanego rozmiaru czarnej dziury.
Naukowcy podejrzewają, że strugi w IC 310 są zasilane przez energię ruchu obrotowego czarnej dziury. Zazwyczaj większość obserwowanych procesów udaje się opisać jako efekt przyspieszania cząstek w falach uderzeniowych wewnątrz strug. Jednak modele te nie działają w przypadku zmienności szybszej niż czas potrzebny na przebycie dystansu rzędu rozmiaru czarnej dziury.
Badacze z projektu MAGIC zaproponowali w związku z tym inny mechanizm. Teoretyczne modele wskazują, że w odpowiednich warunkach w małych obszarach w pobliżu szybko obracającej się czarnej dziury, która ciągnie za sobą pole magnetyczne, może wytwarzać się także silne pole elektryczne. W takim polu cząsteczki mogą być bardzo mocno przyspieszane.
„Zespół naukowców z Katedry Astrofizyki, Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej, Uniwersytetu Łódzkiego bierze aktywny udział we współpracy MAGIC już od 10 lat. Pracownicy naszego uniwersytetu brali udział w obserwacjach galaktyki IC 310, analizie uzyskanych danych i ich interpretacji teoretycznej” - wyjaśnił w rozmowie z PAP prof. Włodzimierz Bednarek z Katedry Astrofizyki Uniwersytetu Łódzkiego.
W polskiej grupie naukowców współpracujących w ramach projektu MAGIC znajdują się: Włodzimierz Bednarek, Wojciech Idec, Andrzej Niedźwiecki, Julian Sitarek i Dorota Sobczyńska.
Teleskopy MAGIC służą do naziemnych obserwacji promieniowania gamma. Nasza ziemska atmosfera jednak nie przepuszcza fal promieniowania gamma. Obserwacje prowadzone są metodą pośrednią: teleskopy rejestrują promieniowanie Czerenkowa – słabe, nanosekundowe błyski światła ultrafioletowego wywołane kaskadą cząstek, zapoczątkowaną wpadnięciem fotonu gamma w ziemską atmosferę.
Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl
Przeczytaj więcej: 
