Potężny kosmiczny potwór wystrzelił śmiercionośną wiązkę energii prosto w naszą galaktykę

W odległej galaktyce M87, gdzie znajduje się jedna z największych znanych czarnych dziur, naukowcy zaobserwowali niezwykłe zjawisko - pierwszy od dekady rozbłysk promieniowania gamma o niespotykanej dotąd intensywności. 

To przełomowe odkrycie zostało dokonane dzięki skoordynowanej pracy ponad 25 teleskopów naziemnych i orbitalnych, które wspólnie prowadziły obserwacje w ramach drugiej kampanii badawczej projektu Event Horizon Telescope (EHT).

M87, znana również jako Virgo A lub NGC 4486, to najjaśniejszy obiekt w gromadzie galaktyk w gwiazdozbiorze Panny. Galaktyka ta zyskała światową sławę w 2019 roku, kiedy naukowcy z EHT opublikowali pierwsze w historii zdjęcie czarnej dziury znajdującej się w jej centrum. Jednak to, co zaobserwowano podczas kampanii w 2018 roku, przekroczyło wszelkie oczekiwania badaczy.

Wykryty rozbłysk promieniowania gamma trwał około trzech dni i pochodził z obszaru o niewiarygodnie małych rozmiarach - zaledwie 170 jednostek astronomicznych, co odpowiada odległości mniejszej niż trzy dni świetlne. To zdumiewające, biorąc pod uwagę, że relatywistyczny dżet wydobywający się z czarnej dziury rozciąga się na odległość dziesiątki milionów razy większą niż horyzont zdarzeń samej czarnej dziury. To tak, jakbyśmy porównywali rozmiar bakterii do największego znanego płetwala błękitnego.

Szczególnie interesujący jest fakt, że gwałtowne zmiany w emisji promieniowania gamma nie zostały zaobserwowane w innych długościach fal elektromagnetycznych. Według Daniela Mazina z Instytutu Badań Promieni Kosmicznych Uniwersytetu Tokijskiego, sugeruje to niezwykle złożoną strukturę obszaru, z którego pochodzi rozbłysk. Region ten wykazuje różne charakterystyki w zależności od obserwowanej długości fali.

W badaniach wykorzystano najbardziej zaawansowane instrumenty obserwacyjne na świecie, w tym teleskopy NASA: Fermi-LAT, HST, NuSTAR, Chandra i Swift, a także trzy największe zestawy teleskopów Imaging Atmospheric Cherenkov (H.E.S.S., MAGIC i VERITAS). Obserwacje radiowe prowadzone przez East Asian VLBI Network (EAVN) wykazały roczną zmianę kąta położenia dżetu w odległości zaledwie kilku mikrosekund łuku od jądra galaktyki.

Szczególnie istotne jest połączenie informacji o zmianie kierunku dżetu z rozkładem jasności pierścienia zaobserwowanym przez EHT oraz aktywnością promieniowania gamma. Dane pokazują znaczącą zmianę w położeniu asymetrii pierścienia (tzw. horyzontu zdarzeń czarnej dziury) oraz pozycji dżetu, co sugeruje fizyczny związek między tymi strukturami na bardzo różnych skalach.

Zespół badawczy porównał obserwowane widma wielopasmowe z teoretycznymi modelami emisji. Według Tomohisy Kawashimy z Instytutu Badań Promieni Kosmicznych, który przeprowadził symulacje przy użyciu superkomputera zainstalowanego w Narodowym Obserwatorium Astronomicznym Japonii, rozbłysk z 2018 roku wykazał szczególnie silne rozjaśnienie w promieniowaniu gamma. Może to oznaczać, że cząstki o ultra-wysokiej energii przeszły dodatkowe przyspieszenie w tym samym obszarze emisji obserwowanym w stanach spokojnych lub że nowe przyspieszenie nastąpiło w innym regionie emisji.

To przełomowe odkrycie otwiera nowe możliwości w badaniu mechanizmów przyspieszania cząstek w dżetach supermasywnych czarnych dziur. Jak podkreśla profesor Sera Markoff z Uniwersytetu w Amsterdamie, po raz pierwszy możemy połączyć bezpośrednie obrazowanie obszarów w pobliżu horyzontu zdarzeń podczas rozbłysków promieniowania gamma z wydarzeniami przyspieszania cząstek i testować teorie dotyczące pochodzenia rozbłysków.