Bardzo szybkie wypływy z czarnych dziur

Od granic naszego Układu Słonecznego po okolice eksplodujących gwiazd, wstrząsy astrofizyczne mogą przyspieszać cząstki do prędkości relatywistycznych i wytwarzać wysokoenergetyczne promieniowanie. Teraz astronomowie być może wykryli nowe źródło promieniowania gamma, które powstaje w miejscu, gdzie spotykają się bardzo szybkie wypływy i gaz międzygwiazdowy.

Wypływy z przestrzeni zewnętrznej
Kiedy supermasywne czarne dziury akreują materię, mogą generować potężne wypływy w postaci wąskich relatywistycznych dżetów lub wiatrów o szerokim kącie, zwanych bardzo szybkimi wypływami (ang. ultrafast outflows – UFO). UFO mogą osiągać prędkości światła i zakłócać zewnętrzne obszary galaktyki, wysyłając gaz w przestrzeń międzygalaktyczną i wpływając na ewolucję w długim czasie.

Jeżeli UFO wlatujące w przestrzeń międzygwiazdową wytwarza wstrząsy, w których cząsteczki mogą być przyspieszane, powinny one generować promieniowanie gamma o energii 1033 dżuli na sekundę, ale jak dotąd astronomowie wykryli je tylko w promieniowaniu rentgenowskim. Olbrzymie odległości pomiędzy galaktykami działają na naszą niekorzyść: z naszego ziemskiego punktu widzenia, obszar zbierający o powierzchni około 8400 metrów kwadratowych przechwyciłby zaledwie jeden foton o energii większej niż gigaelektronowolt na godzinę pochodzący typowego UFO.

Łączenie danych w promieniach gamma
Aby wykryć te nieuchwytne UFO w promieniowaniu gamma, międzynarodowa grupa naukowców wykorzystała dane z Fermi Large Area Telescope (LAT), instrumentu znajdującego się na sondzie kosmicznej Fermi Gamma Ray Space Telescope. Pojedynczy UFO jest około 2,5 raza słabszy od najciemniejszego źródła wykrytego przez Fermi LAT, ale zespół miał nadzieję wyciągnąć sygnał poprzez połączenie obserwacji wielu galaktyk, dla których UFO zostały wykryte na długościach promieniowania rentgenowskiego.

Zespół podszedł do tego problemu poprzez modelowanie połączonego widma promieniowania gamma. Dla każdego zestawu parametrów modelu obliczono statystykę testową – wielkość, która opisuje, jak prawdopodobne jest uzyskanie danych, jeżeli emisja ze źródła jest zgodna z testowanym modelem. Im większa statystyka testowa, tym bardziej prawdopodobne jest, że sygnał jest dobrze opisany przez model. Połączone obserwacje dały maksymalną statystykę testową równą 30,1 – co odpowiada detekcji 5,1-sigma.

Podwójna kontrola
Przed ogłoszeniem sukcesu autorzy pracy przeanalizowali również próbkę kontrolną, aby upewnić się, że emisja, którą przypisali UFO, nie pochodzi z innego źródła. Zespół zestackował obserwacje 20 galaktyk o odległościach i jasnościach rentgenowskich podobnych do próbki UFO – ale bez wcześniej wykrytych wiatrów z czarnych dziur – i szukał sygnału w tym stosie danych. Analiza ta zwróciła maksymalną statystykę testową równą 1,1, potwierdzając, że sygnał jest wywołany wypływami.

Wykrycie emisji promieniowania gamma z UFO wspiera teorię, że te masywne wypływy produkują wstrząsy, które są miejscami przyspieszania cząstek. Chociaż ta praca bada odległe galaktyki, UFO mogły mieć wpływ również bliżej nas; zespół Fermi LAT sugeruje, że przeszłe wypływy z supermasywnej czarnej dziury w Drodze Mlecznej mogły stworzyć olbrzymie bańki rozciągające się nad i pod naszą Galaktyką, zaobserwowane wcześniej przez Fermi i instrument eROSITA.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
AAS

Vega

Na ilustracji: Wiatry z supermasywnej czarnej dziury w galaktyce uciekają w przestrzeń kosmiczną. Źródło: NASA/JPL-Caltech

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.