Astronomowie odkryli promienie gamma płynące z okolic supermasywnej czarnej dziury w sercu galaktyki M87. Specjalny instrument o nazwie H.E.S.S. z siedzibą w Namibii może wykryć, kiedy promienie te uderzą w naszą atmosferę, i odnaleźć źródło. Astronomowie ustalili, że region niewiele większy od naszego Układu Słonecznego wokół czarnej dziury jest odpowiedzialny za to wylanie promieni gamma; czarna dziura działa jak kosmiczny akcelerator cząstek.
Międzynarodowy zespół astrofizyków z H.E.S.S. współpraca zapowiedziała odkrycie krótkoterminowej zmienności strumienia promieniowania gamma o bardzo wysokiej energii (VHE) z radiowej galaktyki M 87. W Namibii współpraca zbudowała i obsługuje system wykrywania, znany jako teleskopy Czerenkowa, które pozwala na wykrycie tych promieni gamma z poziomu gruntu (patrz uwagi). Wskazując ten system na pobliską galaktykę, M 87, zespół wykrył promieniowanie gamma VHE w ciągu ostatnich czterech lat. Prawdziwym zaskoczeniem jest jednak to, że intensywność emisji może się drastycznie zmienić w ciągu kilku dni.
Gigantyczna galaktyka radiowa M 87
Ta galaktyka, położona 50 milionów lat świetlnych stąd w gwiazdozbiorze Panny, kryje supermasywną czarną dziurę o masie 3 tysięcy milionów mas Słońca, z której emanuje strumień cząstek i pól magnetycznych. Jednak w przeciwieństwie do wcześniej obserwowanych pozagalaktycznych źródeł promieniowania gamma VHE - znanych jako Blazars - strumień w M 87 nie wskazuje na Ziemię, ale jest widziany pod kątem około 30 °. Uważa się, że w Blazarach promienie gamma emitowane są w strumieniu, kolimowane wokół kierunku strumienia i zwiększane pod względem energii i intensywności przez relatywistyczny ruch cząstek strumienia. M 87 reprezentuje zatem nowy rodzaj pozagalaktycznego źródła promieniowania gamma.
Pierwsze wskazanie emisji promieniowania gamma VHE z M 87 zaobserwowano w 1998 r. Za pomocą teleskopów HEGRA Czerenkowa (jeden z eksperymentów prekursorowych dla H.E.S.S.). Z H.E.S.S. wyniki wskazania te są teraz potwierdzone z większą pewnością. Strumień promieniowania gamma VHE z M 87 jest dość słaby; żadna inna radiowa galaktyka nie była dotąd widziana w promieniach gamma VHE, prawdopodobnie dlatego, że większość z nich jest bardziej oddalona niż stosunkowo blisko M 87.
Co mówi nam krótka zmienność w czasie
Skala czasowa zmienności jest wskaźnikiem maksymalnego rozmiaru regionu emisji. Ponieważ promienie gamma z tylnego końca regionu emisji przemieszczają się dłużej, aż do nas docierają, skale czasu zmienności nie mogą być znacznie krótsze niż czas, w którym promienie gamma potrzebują do przekroczenia regionu emisji. Takie pomiary zmienności są często stosowane w celu ograniczenia wielkości miejsca emisji w odległych obiektach, często z większą dokładnością niż poprzez pomiar wielkości obiektu w oparciu o rozszerzenie kątowe na niebie. Kilkudniowy okres zmienności widziany przez H.E.S.S. w M 87 jest wyjątkowo krótki, krótszy niż wykryty przy jakiejkolwiek innej długości fali. To mówi nam, że wielkość regionu wytwarzającego promienie gamma VHE jest prawie równa rozmiarowi naszego Układu Słonecznego (1013 m, tylko około 0,000001% wielkości całej galaktyki radiowej M 87). „Nie jest to znacznie większy niż horyzont zdarzeń supermasywnej czarnej dziury w centrum M 87”, mówi Matthias Beilicke, H.E.S.S. naukowiec pracujący na uniwersytecie w Hamburgu.
Ta obserwacja czyni bezpośrednie sąsiedztwo centralnej czarnej dziury M 87 najbardziej prawdopodobnym miejscem do produkcji promieni gamma VHE; inne struktury w odrzutowcach M 87 mają zwykle większą skalę. Fizyka procesów produkcyjnych nie została jeszcze ustalona, a można powoływać się na zupełnie nowe mechanizmy ze względu na bliskość czarnej dziury, którą odkryło H.E.S.S. zespół zademonstrował. Prawdopodobnie mamy do czynienia z innym mechanizmem produkcji niż w przypadku Blazarów, których strumienie skierowane są w naszą stronę. W tym obszarze w pobliżu czarnej dziury materia, która jest wydzielana z czarnej dziury, tworzy również relatywistyczny strumień plazmy - proces, który na ogół nie jest jeszcze w pełni poznany. To, że promienie gamma mogą uciec z tego gwałtownego regionu, może wydawać się zaskakujące, ale jest to możliwe, ponieważ czarna dziura w M 87 akretuje materię ze stosunkowo małą szybkością, w porównaniu z innymi czarnymi dziurami. Nie można również wykluczyć, że efekty relatywistyczne, takie jak te, które mają miejsce w innych źródłach pozagalaktycznych, przyczyniają się do pewnego poziomu, ale biorąc pod uwagę, że strumień nie jest skierowany w naszą stronę, duże efekty relatywistyczne są mało prawdopodobne.
H.E.S.S. prowadzić
Z tym i poprzednimi odkryciami źródeł pozagalaktycznych, H.E.S.S. jest liderem w zrozumieniu procesów związanych z wytwarzaniem tych niezwykle energetycznych fotonów. Radio galaktyka M 87 jest doskonałym laboratorium do badania rdzenia tych galaktyk, z ich supermasywnymi czarnymi dziurami, które działają jak silniki przyspieszające cząstki do ekstremalnie wysokich energii, emitując w tym procesie promienie gamma VHE. Obiekt ten można badać i porównywać z liczniejszymi, ale bardziej odległymi Blazarami, w których strumień przesłania nasz widok na centralne źródło. W przypadku M 87 wiemy już, że mamy jasny obraz centralnego silnika z H.E.S.S., co prowadzi do lepszego zrozumienia wszystkich pozagalaktycznych źródeł promieniowania gamma VHE.
Oryginalne źródło: Max Planck Society News Release
