Odkryto supermasywną czarną dziurę, która emituje promieniowanie

W kosmicznym tańcu odległych galaktyk wydarzają się fenomeny, które nawet najbardziej doświadczonych astronomów przyprawiają o zawrót głowy. Jednym z takich zjawisk jest niedawne "przebudzenie" supermasywnej czarnej dziury w galaktyce SDSS1335+0728, oddalonej od Ziemi o około 300 milionów lat świetlnych w gwiazdozbiorze Panny. Naukowcy z wielkim zainteresowaniem obserwują to rzadkie zjawisko, które może dostarczyć kluczowych informacji na temat ewolucji galaktyk i zachowania supermasywnych czarnych dziur.

Galaktyka SDSS1335+0728 przez dziesięciolecia była uważana za spokojny, nieaktywny obiekt kosmiczny. Jednak w grudniu 2019 roku, dzięki czujnemu oku programu Zwicky Transient Facility (ZTF), zaobserwowano pierwsze oznaki niezwykłej aktywności w jej centrum. Od tego momentu astronomowie z całego świata skierowali swoje teleskopy na ten region, aby śledzić fascynujący proces aktywacji supermasywnej czarnej dziury o masie około miliona mas Słońca.

Przełomowym momentem w obserwacjach było odkrycie, że od lutego 2024 roku czarna dziura zaczęła emitować intensywne promienie rentgenowskie. Potwierdziły to obserwacje wykonane za pomocą teleskopów Swift i Chandra, które zarejestrowały flux na poziomie 7,4×10^−12 erg s^−1 cm^−2 w zakresie energii 0,3-2 keV, co przekłada się na jasność rzędu 9,62×10^42 erg s^−1. Emisja ta ma charakter "miękki", podobny do obserwowanego w przypadku innego znanego obiektu astronomicznego - 1ES 1927+654.

Co szczególnie intrygujące, aktywność czarnej dziury nie ogranicza się jedynie do promieni rentgenowskich. Już w 2021 roku zauważono czterokrotny wzrost emisji w zakresie ultrafioletu w porównaniu do pomiarów z 2004 roku, wykonanych przez teleskop GALEX. Obserwacje prowadzone przez teleskop Swift/UVOT wykazały różnice w jasności wynoszące 0,43 mag w filtrze UVW2 i 0,28 mag w filtrze UVM2, co jednoznacznie wskazuje na intensywne procesy zachodzące w najbliższym otoczeniu czarnej dziury.

Również w podczerwieni średniej (MIR) zarejestrowano znaczący wzrost aktywności. Od czerwca 2022 roku flux w tym zakresie widma podwoił się, a kolor W1−W2 w obserwacjach WISE zmienił się z około 0,0 do około 0,14, stając się bardziej czerwony. Ta zmiana koloru jest charakterystyczna dla aktywnych jąder galaktycznych (AGN), co sugeruje, że obserwujemy transformację spokojnej galaktyki w obiekt z aktywnym centrum.

Analiza widma energetycznego (SED), przeprowadzona na podstawie archiwalnych danych z teleskopów takich jak WISE, 2MASS, SDSS, GALEX, eROSITA oraz nowych obserwacji z teleskopów Swift, SOAR/Goodman, VLT/X-shooter i Keck/LRIS, potwierdza, że jasność jądra galaktyki wzrosła znacząco po grudniu 2019 roku. Przed tą datą jasność tak zwanego "wielkiego niebieskiego garbu" (BBB) wynosiła około 1,62×10^42 erg s^−1, natomiast po aktywacji wzrosła do 1,23×10^43 erg s^−1. Stosunek Eddingtona, kluczowy parametr opisujący intensywność akrecji, zmienił się z wartości poniżej 10^−7 do około 0,055, zakładając masę czarnej dziury 1,5×10^6 mas Słońca.

Najnowsze doniesienia, pochodzące z kwietnia 2025 roku, sugerują możliwość występowania okresowych wybuchów rentgenowskich, znanych jako Quasi-Periodic Eruptions (QPEs). Te fascynujące zjawiska charakteryzują się krótkotrwałymi, powtarzającymi się rozbłyskami energii i mogą być związane z procesami zachodzącymi w dyskach akrecyjnych powstałych po zakłóceniach pływowych. Jednakże, te informacje wymagają jeszcze potwierdzenia przez badania naukowe, gdyż pochodzą głównie z doniesień prasowych, a nie z recenzowanych publikacji naukowych.

Szczególnie interesujące są obserwacje linii emisyjnych, takich jak [OIII], które również wykazały wzrost fluxu około 3,6 roku po pierwszym alarmie ZTF. Ten fakt sugeruje istnienie kompaktowego regionu emisji wąskolinii o promieniu nie większym niż 1,1 parseka (około 3,6 lat świetlnych). Jest to kolejny dowód na to, że obserwujemy aktywację jądra galaktycznego w czasie rzeczywistym.

Znaczenie tych obserwacji trudno przecenić. Typowe rozbłyski związane z aktywnością czarnych dziur, takie jak te wynikające z pochłaniania gwiazd (zjawiska zakłócenia pływowego, TDE), trwają zwykle dni lub miesiące.

Tymczasem aktywność SDSS1335+0728 trwa już kilka lat i stale się nasila. Jeśli potwierdzi się, że obserwujemy proces aktywacji AGN, będzie to pierwszy taki przypadek zaobserwowany bezpośrednio, co ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia fizyki akrecji czarnych dziur i ewolucji jąder galaktycznych.

Co sprawia, że to odkrycie jest tak wyjątkowe? Przede wszystkim fakt, że rzadko mamy okazję obserwować aktywację supermasywnej czarnej dziury w czasie rzeczywistym. Większość znanych aktywnych jąder galaktycznych została już odkryta w stanie aktywności, bez możliwości prześledzenia procesu ich "przebudzenia". W przypadku SDSS1335+0728 mamy unikatową szansę na obserwację całego procesu od początku do końca, co pozwoli lepiej zrozumieć mechanizmy aktywacji i ewolucji AGN.

Masa czarnej dziury w centrum galaktyki SDSS1335+0728, wynosząca około miliona mas Słońca, jest stosunkowo niewielka jak na supermasywne czarne dziury, które mogą osiągać masy rzędu miliardów mas Słońca. Ta "skromna" masa może być jednym z czynników, które umożliwiły nam zaobserwowanie procesu aktywacji, gdyż mniejsze czarne dziury mogą wykazywać szybsze zmiany w aktywności.

Przyszłe obserwacje, szczególnie w zakresie rentgenowskim za pomocą teleskopów takich jak XMM-Newton, NICER, Chandra i Swift, będą kluczowe dla zrozumienia natury potencjalnych QPEs i dalszego monitorowania aktywności czarnej dziury. Potrzebne są również dalsze badania, aby jednoznacznie rozstrzygnąć, czy obserwowane zmiany są wynikiem aktywacji AGN, czy może długotrwałego i słabego zdarzenia zakłócenia pływowego.

W świecie astronomii odkrycie to porównywane jest do obserwowania narodzin gwiazdy, tyle że w tym przypadku mamy do czynienia z "narodzinami" aktywnego jądra galaktycznego. Proces ten, choć trwający latami, w kosmicznej skali czasu jest zaledwie mgnieniem oka. Dla astronomów to bezcenna okazja do studiowania zjawisk, które dotychczas znane były głównie z teoretycznych modeli.

Warto zauważyć, że badania te nie byłyby możliwe bez współpracy międzynarodowej i wykorzystania wielu różnych teleskopów, zarówno naziemnych, jak i kosmicznych. Od programu Zwicky Transient Facility, który jako pierwszy zaalarmował o zmianach w galaktyce, przez teleskopy Swift i Chandra badające emisję rentgenowską, aż po zaawansowane instrumenty spektroskopowe jak VLT/X-shooter i Keck/LRIS - wszystkie te narzędzia połączone z wiedzą i doświadczeniem naukowców pozwoliły na szczegółowe śledzenie procesu aktywacji czarnej dziury.