Przebudzenie supermasywnej czarnej dziury zaobserwowane po raz pierwszy

Astronomia obserwacyjna to nauka, w której bardzo dużo zależy od sposobu w jaki postrzegamy kosmos. Wystarczy, że interesujący nas obiekt znajduje się pod innym niż zwykle kątem widzenia, by jego dziwne własności zostały zamaskowane. Czasem poprawa rozdzielczości obserwacji potrafi rzucić nowe światło na naturę obiektu, ale czasem nawet tak potężny teleskop jak Webb nic nie poradzi. Tak jest na przykład w przypadku pulsarów, które zależnie od tego jak są ustawione względem ziemskiego obserwatora, mogą wykazywać silną emisję w pewnych długościach fal promieniowania elektromagnetycznego, ale tez mogą być pod tym względem kompletnie ciche. Podobnie planety pozasłoneczne. Wykryjemy je tylko wtedy, gdy dojdzie do konkretnego zbiegu okoliczności umożliwiającego zastosowanie danej metody obserwacji. Inaczej umkną one naszej uwadze.

Podobnie jest z czarnymi dziurami. Normalnie nie możemy ich dostrzec, zarówno w dziedzinie optycznej jak i za pomocą innych technik obserwacji. Jednak wystarczy, by istniał układ podwójny czarnych dziur, a emitowane przez obiegające się czarne dziury fale grawitacyjne zdradzą ich obecność, nawet jeśli wizualnie nic o tym nie będzie świadczyło. Czarne dziury wizualnie dostrzeżemy wtedy, gdy są one otoczone przez materię, która jednocześnie jest przez nie pochłaniana. Procesy towarzyszące opadaniu materii na tak zwany dysk akrecyjny, który otacza horyzont zdarzeń, prowadzą do wygenerowania dużej energii w różnych długościach fal. Trzeba więc liczyć na taki zbieg okoliczności, gdy chcemy "zobaczyć" czarną dziurę, niezależnie od jej masy.

Supermasywne czarne dziury - nie zawsze zaznaczają swoją obecność

Supermasywne czarne dziury znajdują się w centrach galaktyk, ale nie zawsze dostrzeżemy dowody na ich istnienie. W Drodze Mlecznej możemy obserwować ruch gwiazd wokół środka galaktyki, co pozwala bezpośrednio wnioskować o istnieniu tam dużej masy. Dlatego obiekt Sgr A* traktujemy jako taką supermasywną czarną dziurę. Im bardziej odległa galaktyka tym mniej możemy o niej w ten sposób powiedzieć. W ubiegłym roku donosiliśmy o odległej galaktyce, w której silne ciśnienie promieniowania od centralnej czarnej dziury tak skutecznie wyczyściło galaktykę z gazu potrzebnego do formowania gwiazd, że ten proces całkowicie ustał.

Centrum galaktyki SDSS1335+0728 i dwa etapy jego egzystencji, przed i po 2019 roku - wizualizacja (fot: ESO/M. Kornmesser)

Wyobraźcie sobie teraz odmienną sytuację. Galaktykę, w której jest supermasywna czarna dziura, ale nie pożera ona gwiazd, po prostu tam jest. Z taką sytuacją mamy do czynienia w przypadku Drogi Mlecznej. Oznacza to, że taka galaktyka jest przez astronomów postrzegana jako nieaktywna. Są też galaktyki aktywne, w którym zachodzi akrecja materii na centralną supermasywną czarną dziurę i generowanie energii, która potem jest emitowana. Dotychczas jednak astronomowie nigdy nie zaobserwowali na żywo etapu transformacji z galaktyki nieaktywnej w aktywną. Inaczej rzecz ujmując, nie dostrzegliśmy momentu, w którym czarna dziura się przebudziła i zaczęła konsumować otoczenie.

SDSS1335+0728 - w tej galaktyce przebudziła się centralna supermasywna czarna dziura

Pod koniec grudnia 2019 roku niepozorna galaktyka SDSS1335+0728, wcześniej jedna z milionów nie dających o sobie znać, zaczęła świecić znacznie jaśniej niż kiedykolwiek. Pojaśnienie odległej o 300 milionów lat świetlnych galaktyki w konstelacji Panny może być związane z wybuchem supernowej, może to być także powolny proces rozrywania pływowego innego masywnego obiektu, albo coś kompletnie nam nieznanego. Jednak najlepiej pasującą hipotezą, tego co zaobserwowano jest włączenie trybu aktywności w galaktycznym centrum. Nastąpiło to oczywiście nie pięć lat temu, ale 300 milionów, bo to co widzimy to obraz przeszłości.

Po raz pierwszy zauważono moment, gdy zwykła galaktyka stała się galaktyką AGN, czyli aktywną. Nie jest wykluczone, że taki proces mógłby mieć miejsce także w Drodze Mlecznej.

SDSS1335+0728 wcześniej klasyfikowana jako zwykła galaktyka jest obecnie zaliczana do klasy AGN, czyli galaktyk z aktywnym jądrem. By upewnić się, że wzrost jasności faktycznie miał miejsce i się utrzymuje, wykorzystano archiwalne i obecne obserwacje z teleskopów VLT i innych obserwatoriów. W lutym tego roku galaktyka zaczęła emitować promieniowanie rentgenowskie co świadczy o pojawieniu się jeszcze silniejszych energetycznie procesów w otoczeniu tamtejszej supermasywnej czarnej dziury. Wcześniej wzrost jasności dotyczył światła podczerwonego, widzialnego i ultrafioletu.

Astronomowie już wcześniej podejrzewali, że proces włączenia aktywności galaktycznej może być krótkotrwałym kilkuletnim etapem w istnieniu galaktyk. Teraz mają tego namacalny dowód. To odkrycie niesie za sobą kolejne wyzwanie - odkrycie co dokładnie doprowadziło do pobudzenia aktywności galaktycznej. Podobne przebudzenie centralnej czarnej dziury może kiedyś nastąpić w naszej Drodze Mlecznej. Sugeruje to Claudio Ricci z Uniwersytetu Diego Portales w Chile, choć nie jest w stanie określić jak prawdopodobne byłoby to zdarzenie.

Źródło: ESO, inf. własna