Nowe odkrycie polskich naukowców. Przyjrzeli się mniejszej czarnej dziurze w OJ 287

Większa czarna dziura OJ 287, która ma masę odpowiadającą 18 miliardom mas Słońca, jest otoczona typowym, galaktycznym dyskiem akrecyjnym, z którego powoli zasysa materię. Ta supermasywna czarna dziura generuje też dżety, czyli wysokoenergetyczne, silnie skolimowane wypływy materii, którym towarzyszy promieniowanie elektromagnetyczne możliwe do zaobserwowania przez nasze teleskopy. Druga, mniejsza czarna dziura, o masie "zaledwie" 150 milionów mas Słońca, okrąża swą towarzyszkę i co pewien czas przebija otaczający ją, galaktyczny dysk, powodując nagły, krótki rozbłysk jasności całej galaktyki. Ta okresowa zmienność jasności obiektu OJ 287 obserwowana jest już od 120 lat, ponieważ, ze względu na korzystne położenie na niebie, jego najwcześniejsze zdjęcia rejestrowano w dawnych dekadach jeszcze na szklanych kliszach fotograficznych.

Należący do NASA teleskop orbitalny Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) na co dzień zajmuje się poszukiwaniem egzoplanet. Do tej pory wykrył ich 410, podczas gdy całkowita liczba znanych globów krążących wokół gwiazd Galaktyki innych niż Słońce wynosi już ponad pięć i pół tysiąca. Jednak w roku 2021 TESS spędził kilka tygodniu na uważnych obserwacjach obiektu o innej naturze: został skierowany właśnie na galaktykę OJ 287, aby pomóc w potwierdzeniu hipotezy, zgodnie z którą w jej centrum są dwie czarne dziury. Aby potwierdzić obecność mniej masywnej z nich, naukowcy wykorzystali teleskop do monitorowania w czasie jasności głównej czarnej dziury i związanego z nią dżetu.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Nie mamy dziś jeszcze możliwości bezpośredniego zaobserwowania mniejszej czarnej dziury krążącej wokół większej, ale jej obecność została zdemaskowana przez nagły wzrost jasności całej galaktyki. To pojaśnienie trwało tylko 12 godzin, co pokazuje, jak trudno jest zarejestrować podobne zdarzenie, o ile czas jego nadejścia nie jest znany z wyprzedzeniem. W tym przypadku spodziewano się go, bo Pauli Pihajoki z Uniwersytetu w Turku przewidział je w swojej pracy doktorskiej z 2014 roku. Jego zdaniem rozbłysk miał nastąpić pod koniec 2021 roku, co dało naukowcom dość czasu, aby zaplanować obserwacje galaktyki z udziałem wielu teleskopów naziemnych i kosmicznych. Satelita TESS wykrył oczekiwany rozbłysk 12 listopada 2021 roku. Odkrycie zostało niezależnie potwierdzone między innymi przez kosmiczny teleskop Swift. Tym samym naukowcy znaleźli pośrednie, ale wyraźne dowody na to, że mniej masywna czarna dziura OJ 287 krąży wokół gigantycznej czarnej dziury, około 100 razy większej od niej samej.

Polska grupa badawcza kierowana przez Staszka Zolę z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie wykryła to samo zdarzenie za pomocą teleskopów sieci Skynet zlokalizowanych w różnych częściach świata, dzięki czemu zachowano ciągłość obserwacji niezależnie od pory dnia i nocy. W nowo opublikowanej pracy, która łączy wszystkie dotychczasowe obserwacje, zespół dowodzi, że 12-godzinny wzrost jasności OJ 287 faktycznie pochodził z mniejszej czarnej dziury i jej bezpośredniego otoczenia.

Jak to możliwe? Szybki skok jasności następuje najwyraźniej, gdy mniejsza czarna dziura, przebijając się przez galaktykę, pochłania duży fragment dysku akrecyjnego otaczającego większą czarną dziurę, przekształcając go przy tym i przekierowując w strumień gazu (dżet) wypływający pod dużym kątem i daleko na zewnątrz. Żółty dżet mniejszej czarnej dziury jest przez ten krótki czas jaśniejszy niż zwykle lepiej widoczny, czerwony dżet większej z czarnych dziur. Sprawia to, że obserwowany kolor całej OJ287 jest wtedy bardziej żółty, ale po kilkunastu godzinach kolor czerwony powraca. Jest to przekonujący dowód na obecność mniej masywnej czarnej dziury. Warto dodać, że podobnie jak w przypadku egzoplanet wykrywanych przez TESS i inne teleskopy, na tą chwilę nie mamy jeszcze technik i metod obserwacyjnych pozwalających na jej bezpośrednie zobrazowanie. Wynika to głównie z ogromnej odległości dzielącej nas od OJ 287, która wynosi ponad cztery miliardy lat świetlnych.

OJ 287 to obiekt interesujący również ze względu na inny rodzaj obserwacji. Zespół przewiduje, że dwa tak ogromne obiekty krążące blisko siebie powinny wytwarzać fale grawitacyjne w zakresie nanohercowym, a fale te powinny powodować minimalne zmiany okresów okolicznych pulsarów, które być może już wkrótce będziemy w stanie zmierzyć na Ziemi. Okres orbitalny układu dwóch czarnych dziur na skutek emisji fal grawitacyjnych powinien też z czasem ulegać skróceniu, aż ostatecznie obie połączą się w jedną.

Opublikowane wyniki badań: Mauri J. Valtonen, Staszek Zola, Alok C. Gupta et al., Evidence of Jet Activity from the Secondary Black Hole in the OJ 287 Binary System, The Astrophysical Journal Letters (2024).

Twórz treści i zarabiaj na ich publikacji. Dołącz do WP Kreatora