Astronomowie korzystający z Teleskopu Horyzontu Zdarzeń (EHT) uzyskali najbardziej szczegółowe jak dotąd obserwacje układu podwójnego supermasywnych czarnych dziur znajdującego się w kwazarze OJ287, oddalonym o 1,6 miliarda lat świetlnych. Badanie ujawnia nigdy wcześniej nie widziane zachowanie dżetów emitowanych przez tych kosmicznych gigantów, otwierając nowe okno na złożoną fizykę rządzącą tymi ekstremalnymi środowiskami.
Zakrzywione strumienie i dynamika fali uderzeniowej
EHT, znany z obrazowania pierwszych czarnych dziur (M87 w 2019 r. i Sagittarius A w 2022 r.), koncentruje się obecnie na badaniu dżetów czarnych dziur – potężnych strumieni energii i cząstek wyrzucanych z prędkością bliską prędkości światła. Obserwacje OJ287 wykazały dwie fale uderzeniowe pędzące w dół strumienia z różnymi prędkościami. Kluczowe odkrycie: fale te oddziałują z niestabilnością w otaczających polach magnetycznych, tworząc zakrzywiony, wysoce uporządkowany dżet, jakiego nie widziano wcześniej.
Jest to ważne, ponieważ dżety to nie tylko przypadkowe rozbłyski; ich struktura zawiera wskazówki dotyczące zachowania czarnej dziury i otaczającej ją fizyki. Obserwowany kształt spirali w połączeniu ze zmianami polaryzacji potwierdza, że dżet jest przenikany przez spiralne pole magnetyczne, co jest podstawową właściwością, o której twierdzono teoretycznie, ale nigdy wcześniej bezpośrednio nie wizualizowano.
Szybkie zmiany i nieoczekiwany ruch
Zespół wykonał zdjęcia OJ287 w odstępie pięciu dni w kwietniu 2017 r., dokumentując dramatyczne zmiany w strukturze i polaryzacji dżetu. Jest to najkrótszy okres, w którym zaobserwowano takie zmiany, zapewniający bezprecedensowy wgląd w ewolucję tych systemów. Zaobserwowane zmiany nie pasują do istniejących modeli opartych na precesji dżetów, co sugeruje, że fale uderzeniowe i niestabilność odgrywają bardziej krytyczną rolę, niż wcześniej sądzono.
Dane pokazują, że energia kinetyczna dominuje nad energią magnetyczną w wewnętrznych obszarach strumienia, powodując niestabilności Kelvina-Helmholtza – wiry, które skręcają i zniekształcają przepływ strumienia. Wyjaśnia to zaobserwowany niebalistyczny ruch cząstek w strumieniu, to znaczy nie poruszają się one po liniach prostych, jak można by się spodziewać w prostszych modelach. Zamiast tego podążają chaotyczną, ale przewidywalną trajektorią kształtowaną przez pola magnetyczne i fale uderzeniowe.
Wyjątkowe laboratorium fizyki czarnych dziur
OJ287 jest idealnym systemem do takich obserwacji, ponieważ jej supermasywne czarne dziury okresowo wybuchają w gwałtownych wybuchach. To sprawia, że jest to naturalne laboratorium do badania dynamiki czarnych dziur. Wyniki EHT potwierdzają, że fale uderzeniowe oddziałują z niestabilnościami, uwypuklając spiralną strukturę pola magnetycznego i generując zaobserwowane oscylacje polaryzacyjne.
„Te przeciwrotacje są niezaprzeczalnym dowodem” – powiedział kierownik zespołu badawczego Jose L. Gomez. „Kiedy składniki fali uderzeniowej oddziałują z niestabilnością Kelvina-Helmholtza, oświetlają różne fazy spiralnej struktury pola magnetycznego, tworząc obserwowane przez nas oscylacje polaryzacyjne”.
Badanie podkreśla rosnącą zdolność EHT do wykraczania poza proste obrazowanie i wkraczania w sferę szczegółowej analizy fizycznej. Potwierdzono, że dane o wysokiej rozdzielczości mogą wizualizować niestabilności, fale uderzeniowe i pola magnetyczne w działaniu, wzmacniając naszą wiedzę na temat tych potężnych zjawisk.
Te nowe obserwacje udoskonalą teoretyczne modele dżetów czarnych dziur, oferując wgląd w to, w jaki sposób energia jest uwalniana z tych kosmicznych silników i jak ewoluują galaktyki.
