8 Minutės
Prabusęs milžinas sujudėjo. Radijo bangose, besitęsiančiose beveik milijoną šviesmečių, astronomai užfiksavo supermasyvią juodąją skylę, kuri vėl įjungė savo džiovles po beveik 100 milijonų metų tylos.
Pagalvokite apie tai kaip apie ugnikalnį, kuris ilgus amžius gulėjo ramybėje ir dabar vėl spjaudosi — ne lava, o magnetizuota plazma, paleidžiama iš galaktikos širdies. Atgaivintos srovės raižo ir susiduria su karštu aplinkinių galaktikų spiečiaus dujomis, formuodamos ryškius lenkimus, suspaustus lobus ir sluoksniuotą iškastinį įrašą apie pasikartojančias išsiveržimo bangas.
Kaip buvo pastebėtas atsinaujinimas
J1007+3540 atgaivinimas paaiškėjo dėl gilių radijo stebėjimų, atliktų dviem papildomais interferometrais: LOFAR (Low Frequency Array) ir Indijos atnaujintu Giant Metrewave Radio Telescope (uGMRT). Kartu šie instrumentai žemomis radijo dažnių juostomis fiksuoja silpną, seną plazmą, o aukštesnės skiriamosios gebos uGMRT užfiksuoja ryškesnę, kompaktišką emisiją arčiau juodosios skylės. Gautas vaizdas primena geologines sluoksnių nuotraukas — šviežios, ryškios džiovlės įsiterpusios į seno, difuzinio kokoną.
Ši LOFAR DR2 J1007+3540 nuotrauka, uždėta ant optinio Pan-STARRS vaizdo, rodo kompaktišką, ryškų vidinį džiovlę — ženklą, kad anksčiau „miegojusi“ supermasyvi juodoji skylė vėl tapo aktyvi milžiniškoje radijo galaktikoje.
Pirmasis autorius Shobha Kumari (Midnapore City College) sceną apibūdina kaip dramatišką. Vidinis džiovlė yra kompaktiška ir švytinti — aiškus nesenos aktyvumo indikatorius. Aplink ją matosi blankesni, senesni lobai: plazma, išeikvota ankstesniais epizodais ir vėsinta dešimtis ar šimtus milijonų metų. Šviežios ir iškastinės emisijos kontrastas yra aiškus įrodymas apie epizodinį aktyvių galaktikų branduolių (AGN) elgesį — jie įsijungia, išsijungia ir vėl užsidega kosminiu mastu.
Komandos analizė parodė, kad šiaurinis lobas yra ypač deformuotas. Vietoje lygių plunksnų radijo žemėlapiai atskleidžia suspaustus, išlinkusius struktūrų fragmentus ir atgalinio srauto (backflow) požymius, kai senesnė plazma tarsi perstumta šonais išorinių jėgų. uGMRT duomenys rodo, kad suspausta sritis pasižymi labai stačiu radijo spektru, kas reiškia, jog jos reliatyvistiniai dalelės yra senos ir energijos išeikvotos — tai specifinis pėdsakas ilgalaikio poveikio spiečiaus atšiauria aplinka.
Tos pačios nuotraukos su žymomis, rodančiomis suspaustą šiaurinį lobą, išlinkusio atgalinio srauto ženklus ir juodosios skylės vidinį džiovlę.
Kodėl tai svarbu? Nes tai įkėlį juodosios skylės aktyvumą į gyvą aplinkos kontekstą. J1007+3540 nėra izoliuota; ji gyvena masyviame galaktikų spiečiuje, užpildytame itin karšta, X spindulius spinduliuojančia dujine terpė, kurią lydi didžiulis slėgis. Kai naujai paleistos džiovlės įsibėgėja į šią terpę, jos yra lenkiamos ir suspaudžiamos, kartais suplėšomos, o dažnai palieka ilgus, blankius magnetizuotos plazmos uodegus, tempiamus spiečiaus tėkmės.
Pasekmės galaktikų ir spiečių evoliucijai
Šie stebėjimo duomenys apšviečia kelis platesnius klausimus ekstragalaktinėje astronomijoje. Kaip dažnai supermasyvios juodosios skylės cikliškai persijungia tarp aktyvaus ir neaktyvaus režimo? Kaip sena radijo plazma sąveikauja su aplinkine intraspiečiaus dujine terpė? Ir kaip pasikartojantys džiovlių epizodai keičia galaktikos bei jos aplinkos formą ir likimą?
J1007+3540 tampa praktišku laboratorijos pavyzdžiu. Sluoksniuota radijo morfologija atpasakoja istoriją: keli sprogimai skirtingais epochomis, išsaugoti todėl, kad tanki spiečiaus terpė sustabdė ir performavo išsiveržimus. Fenomenas įrodo, kad galaktikų augimas nėra ramus, tolygus kaupimasis — tai smarkus dialogas tarp sprogstamo juodosios skylės grįžtamojo poveikio (feedback) ir aplinkos suslegiančio slėgio, bandančio jį apriboti.
Dr. Sabyasachi Pal, bendraautorius, pabrėžia, kad sistema yra lyg vadovėlis apie džiovlių ir spiečiaus sąveiką: „J1007+3540 yra vienas aiškiausių ir spektakuliariausių epizodinių AGN pavyzdžių su džiovlių–spiečiaus sąveika, kai aplinkinis karštas dujinis sluoksnis lenkia, suspaudžia ir deformuoja džiovles.“ Vaizdai užfiksuoja tiek energingą atnaujinto AGN impulsą, tiek subtilų, ilgalaikį spiečiaus dujų poveikį, formuojantį likutinę plazmą.
Už morfologijos ribų šie duomenys maitina modelius apie dalelių senėjimą, energijos transportą ir magnetinio lauko evoliuciją radijo galaktikose. Sritys su itin stačiu spektru apriboja laikotarpius, per kuriuos dalelės atiduoda energiją radiacija; išlinkę atgaliniai srautai ir ilgos difuzinės uodegos žemėlapiuoja, kaip spiečius per milijonus metų perskirsto plazmą ir magnetinius laukus.
Praktiškai atradimas pabrėžia koordinuotų žemų dažnių radijo apžvalgų galią. LOFAR tiria silpną, seną emisiją didžiausiais masteliais; uGMRT suteikia aukštesnės skiriamosios gebos vaizdus apie vidines struktūras. Kartu jie sukuria daugiamačio portretą AGN, kuris atsisako likti tylus.
Eksperto įžvalga
Dr. Maya Hertford, astrofizikė, tyrinėjanti radijo režimo grįžtamąjį poveikį, suteikia kontekstą: „Kartais pamirštame, koks dinamiškas yra galaktikų spiečius. Atnaujintas džiovlė tankioje aplinkoje yra pokalbis tarp mastelių — juodoji skylė kalba parsekais, o spiečiaus atsakymas sklinda per šimtus kiloparsekų. Tokie stebėjimai leidžia mums nusiklausyti to pokalbio ir išmatuoti, kaip grįžtamasis poveikis formuoja dujų atšalimą ir žvaigždžių susidarymą.“ Jos pastebėjimas pabrėžia platesnius kosmologinius aspektus: AGN aktyvumas reguliuoja galaktikų augimą ir spiečių termodinaminę istoriją.
Ateityje tyrėjų komanda planuoja aukštesnės skiriamosios gebos ir dar gilesnius stebėjimus, kad galėtų sekti vidinio džiovlės sklidimą ir tiksliau išmatuoti spektrinį senėjimą per lobus. Tokie tęstiniai stebėjimai paaiškins, kaip energija yra perduodama į spiečiaus terpę ir kaip dažnai panašūs atsinaujinimo epizodai vyksta visame kosmose per laiką.
Kol kas J1007+3540 lieka ryški priminimas, kad Visata vis dar gali nustebinti. Juodoji skylė, kuri miegojo per geologines epochas, gali vėl sujudėti ir tuo parodyti nematomas jėgas, kurios sieja galaktikas į spiečius ir formuoja materijos likimą didžiausiuose masteliuose.
Techniniai aspektai ir instrumentų vaidmuo
Svarbu suprasti, kodėl būtent LOFAR ir uGMRT pakeitė stebėjimo galimybes. LOFAR, veikiantis žemais radijo dažniais (dažnai naudojamos juostos apima dešimtis iki kelių šimtų megahercų), yra ypač jautrus senai, difuzinei emisijai: toks instrumentas atskleidžia „fosilijas“ — senuosius lobus, kurių švytėjimas silpnas dėl sinchrotrinių nuostolių. uGMRT, padengęs platesnį ir aukštesnį dažnių diapazoną, suteikia detalų vaizdą apie kompaktines, naujai suaktyvėjusios emisijos sritis netoli galaktikos branduolio. Būdami derinami, šie įrankiai leidžia išskaidyti daugiabučius laiko sluoksnius, suprasti energijos spektrą ir sudaryti istorinius scenarijus apie AGN epizodus.
Modeliuodami spektrinį senėjimą, mokslininkai įvertina sinchrotroninių dalelių spinduliavimo nuostolius ir magnetinių laukų stiprumą. Senos regionų radijo spektrai tampa „stačiai“ nuolydžiais, nes aukštos energijos elektronai greičiau praranda energiją nei žemesnės energijos dalelės, todėl aukštesni dažniai išnyksta greičiau. Tokie spektriniai įrodymai leidžia apytiksliai nustatyti, kiek laiko praėjo nuo paskutinio aktyvaus išsiveržimo ir koks buvo energijos intensyvumas.
Be to, spiečiaus termodinaminės savybės — temperatūra (dažnai apie 10^7–10^8 K diapazone), tankis ir slėgis — labai lemia, kaip džiovlės bus deformuotos. Karštos X spindulius spinduliuojančios dujos ne tik lenkia džiovles, bet ir gali prisotinti reikšmingą grįžtamąjį poveikį (feedback), kuriame juodosios skylės energija užkerta kelią dujų pernelyg greitam atšalimo procesui ir žvaigždžių formavimui galaktikos centre. Tokia dinamika turi tiesioginį poveikį galaktikų evoliucijai ir spiečiaus termodinamikai.
Unikalūs įrodymai ir tolimesni žingsniai
J1007+3540 išsiskiria ne tik matomu atnaujinimu, bet ir detalia morfologija, kurioje ryškiai matomi tiek nauji, tiek seni komponentai. Tai leidžia ją naudoti kaip etaloną tolesniems teoriniams modeliams — kaip susiduriančios plazmos, magnetinių laukų perstūmimo ir energijos paskirstymo tyrimų objektą. Lyginant su kitomis žinomomis epizodinėmis AGN, ši sistema suteikia geresnį gebėjimą atskirti spiečiaus aplinkos vaidmenį nuo pačio AGN vidaus dinamikos.
Tolesni darbai apims ne tik didesnio dažnio ir didesnės skiriamosios gebos radijo stebėjimus, bet ir X spindulių tarpą (naudojant observatorijas, kurios matuoja karštas spiečiaus dujas), taip pat optinius ir infraraudonuosius matavimus, skirtus įvertinti galaktikos centrinių regionų turinį ir galimus žvaigždžių susidarymo pėdsakus. Tarpsritiniai duomenys — radijo, X spindulių, optiniai — leis kuo tiksliau rekonstruoti energijos balansą ir vertinti, kaip dažnai tokie atsinaujinimai prisideda prie galaktikos evoliucijos kosminiame laike.
Galiausiai, su artėjančiais instrumentais, tokiais kaip SKA (Square Kilometre Array), kurie pasiūlys dar didesnį jautrumą ir didesnį dinaminį dažnių diapazoną, panašūs atradimai tapo labiau tikėtini. Tokių didelių duomenų rinkinių analizė taip pat skatins pažangą skaitmeniniuose modeliuose, mašininiame mokymesi ir sintezėje tarp stebėjimų ir simuliacijų, siekiant geriau suprasti AGN epizodiškumą ir spiečiaus poveikį galaktikų raidai.
Apibendrinant, J1007+3540 yra gyvas pavyzdys, kaip derinant žemų ir vidutinių radijo dažnių duomenis galima atskleisti ilgalaikes kosmines istorijas. Tokie atradimai stiprina mūsų supratimą apie juodųjų skylių grįžtamąjį poveikį (AGN feedback), radijo plazmos evoliuciją ir spiečiaus dujų vaidmenį formuojant didžiausių mastelių struktūras Visatoje.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą