Αστρονόμοι ανιχνεύουν σπάνια «σήματα UFO» από μια μαύρη τρύπα που κινείται με σχεδόν ταχύτητα φωτός

Snapshot

• Οι αστρονόμοι ανίχνευσαν υπερταχείες εκροές από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, με ταχύτητες έως και 30% της ταχύτητας του φωτός.
• Οι εκροές έχουν διπλή στρωματοποιημένη δομή με έναν ταχύτερο «πυρήνα» και έναν πιο αργό «μανδύα», όπως προβλέπουν θεωρητικά μοντέλα.
• Οι άνεμοι εκτοξεύουν 21
• 24 ηλιακές μάζες ετησίως, επηρεάζοντας σημαντικά την ανάπτυξη της μαύρης τρύπας και τον σχηματισμό άστρων στον γαλαξία
• ξενιστή.
• Η ανακάλυψη προέρχεται από παρατηρήσεις ακτίνων Χ του κβάζαρ WISSH13 με ερυθρομετατόπιση 3,294, χωρίς βαρυτικό φακό.
• Οι μηχανισμοί των υπερταχειών εκροών παραμένουν συνεπείς σε όλη την κοσμική ιστορία, από χαμηλούς έως υψηλούς ερυθρομετατοπισμούς.

Snapshot powered by AI

Οι αστρονόμοι παρατήρησαν μία από τις πιο ακραίες υπερταχείες εκροές που έχουν εντοπιστεί ποτέ από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, αποκαλύπτοντας έναν διπλής στρώσης άνεμο που διασχίζει το σύμπαν με σημαντικό ποσοστό της ταχύτητας του φωτός.

Η ανακάλυψη προέρχεται από λεπτομερείς παρατηρήσεις ακτίνων Χ ενός υπερφωτεινού κβάζαρ στην «κοσμική μεσημβρία» και κατατέθηκε πρόσφατα στο αποθετήριο προδημοσιεύσεων arXiv. Αυτές οι εκροές προσφέρουν μια πρωτοφανή ματιά στο πώς οι μαύρες τρύπες ρυθμίζουν τους γαλαξίες-ξενιστές τους κατά τις περιόδους μέγιστης ανάπτυξής τους.

Οι μαύρες τρύπες που καταναλώνουν μεγάλες ποσότητες ύλης δεν απλώς «καταπίνουν» το περιβάλλον τους· το διαμορφώνουν ενεργά. Οι λεγόμενες υπερταχείες εκροές (ultra-fast outflows – UFOs) είναι ρεύματα αερίου που εκτοξεύονται με ταχύτητες που ξεπερνούν το 10% της ταχύτητας του φωτός. Αυτοί οι άνεμοι μεταφέρουν τεράστια ενέργεια στο περιβάλλον τους, θερμαίνοντας το διαστρικό αέριο, καταστέλλοντας τον σχηματισμό άστρων και, σε ορισμένες περιπτώσεις, σταματώντας πλήρως την ανάπτυξη ενός γαλαξία. Η «κοσμική μεσημβρία», μια περίοδος περίπου 1,6 έως 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, είναι η εποχή όπου τόσο οι γαλαξίες όσο και οι μαύρες τρύπες αναπτύσσονταν με τον ταχύτερο ρυθμό, καθιστώντας την ιδανική για τη μελέτη τέτοιων φαινομένων.

Οι υπερταχείες εκροές αποκαλύπτονται στα φάσματα ακτίνων Χ μέσω απορροφητικών χαρακτηριστικών που προκαλούνται από εξαιρετικά ιονισμένο σίδηρο, ο οποίος απορροφά την ακτινοβολία. Επειδή αυτοί οι άνεμοι κινούνται προς τα έξω με τόσο μεγάλη ταχύτητα, οι γραμμές απορρόφησης μετατοπίζονται προς το μπλε άκρο του φάσματος. Μέχρι τώρα, πολλές εκροές υψηλού redshift είχαν παρατηρηθεί κυρίως σε κβάζαρ με βαρυτικό φακό, όπου ένας ενδιάμεσος γαλαξίας μεγεθύνει το φως. Αν και χρήσιμη, αυτή η μέθοδος εισάγει αβεβαιότητες που δυσκολεύουν την ακριβή αποτύπωση της φύσης αυτών των εκροών.

Η ανακάλυψη ενός άνεμου διπλής συνιστώσας

Το παρατηρησιακό πρόγραμμα WISSHFUL, με επικεφαλής τον Giorgio Lanzuisi από το INAF Bologna, στόχευσε 15 υπερφωτεινά κβάζαρ για την ανίχνευση υπερταχειών εκροών σε συστήματα χωρίς βαρυτικό φακό. Ο πρώτος στόχος του, το WISSH13, ένα κβάζαρ με ερυθρομετατόπιση 3,294, φιλοξενεί μια μαύρη τρύπα με μάζα περίπου 2 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες και λάμπει τρεις φορές πιο έντονα από το αναμενόμενο για τη μάζα του. Συνδυάζοντας παρατηρήσεις από τα τηλεσκόπια ακτίνων Χ XMM-Newton και NuSTAR τον Οκτώβριο του 2024 με αρχειακά δεδομένα του 2017, η ομάδα δημιούργησε ένα υψηλής ποιότητας φάσμα ακτίνων Χ που αποκάλυψε δύο διακριτά χαρακτηριστικά απορρόφησης.

Η μοντελοποίηση έδειξε ότι αυτά τα χαρακτηριστικά αντιπροσωπεύουν δύο ξεχωριστά συστατικά της ίδιας υπερταχείας εκροής, τα οποία κινούνται με περίπου 10% και 30% της ταχύτητας του φωτός.

«Η ανίχνευση δύο διακριτών συνιστωσών ταχύτητας (∼0,1c και ∼0,3c) με διαφορετικά μοτίβα μεταβλητότητας υποδηλώνει μια πολύπλοκη, στρωματοποιημένη εκροή», αναφέρει η ομάδα.

Αυτή η στρωματοποιημένη δομή, με έναν ταχύτερο «πυρήνα» από το εσώτερο τμήμα του δίσκου προσαύξησης και έναν πιο αργό «μανδύα» από εξωτερικότερα στρώματα, συμφωνεί με τις θεωρητικές προβλέψεις. Μαζί, αυτοί οι άνεμοι εκτοξεύουν 21 και 24 ηλιακές μάζες ανά έτος, κατατάσσοντάς τους ανάμεσα στις πιο ισχυρές και μαζικές υπερταχείες εκροές που έχουν παρατηρηθεί ποτέ.

Η τεράστια ενέργεια που μεταφέρουν αυτοί οι άνεμοι δεν είναι απλώς εντυπωσιακή· παίζει κρίσιμο ρόλο στην εξέλιξη των γαλαξιών. Εγχέοντας ενέργεια στο περιβάλλον αέριο, οι εκροές μπορούν να ρυθμίσουν τόσο την ανάπτυξη της κεντρικής μαύρης τρύπας όσο και τον σχηματισμό άστρων στον γαλαξία-ξενιστή. Ενδιαφέρον είναι ότι, παρά την ακραία ερυθρομετατόπιση του WISSH13, οι άνεμοι ακολουθούν τις ίδιες σχέσεις κλιμάκωσης που έχουν παρατηρηθεί σε ενεργούς γαλαξίες χαμηλότερης ερυθρομετατόπισης, κάτι που συμφωνεί με τα αποτελέσματα της μελέτης στο arXiv. Αυτή η συνέχεια δείχνει ότι παρόμοιοι φυσικοί μηχανισμοί λειτουργούν σε όλη την κοσμική ιστορία, προσφέροντας ένα πολύτιμο παράθυρο στον κύκλο ζωής των γαλαξιών.