SDSS J110546: ilgai trunkantis radijo spindėjimo švyturys

Įsivaizduokite švyturį kosmoso pakraštyje, kuris įsijungia ir niekada nenutyla. Tai uždavinys, su kuriuo dabar susiduria astronomai po to, kai juodoji skylė netolimoje spiralinėje galaktikoje staiga tapo išskirtinai galingu radijo šaltiniu ir šviečia daugiau nei aštuonerius metus.

Ši galaktika, kataloguota kaip SDSS J110546.07+145202.4 ir esanti maždaug už 1,8 milijardo šviesmečių Liūto žvaigždyne, virto iš kuklaus radijo šaltinio į kažką nepaprastai galingą. Jos centrinė juodoji skylė pradėjo skleisti radijo bangas daugiau nei 20 kartų stipresnes nei anksčiau. Daugelyje pereinamųjų sistemų toks protrūkis greitai slopsta. Čia taip nėra. Signalas išlieka. Praėjo metai. Radijo spindesys išlieka.

Netikėtas elgesys iš mažo galiūno

Objektas priklauso siaurajuosčio Seyfert 1 aktyvių galaktikų klasei. Toks klasifikavimas rodo santykinai mažos masės juodąją skylę, kuri intensyviai ėda materiją. Tokios juodosios skylės dažnai yra energingos rentgeno ir optiniame diapazone, tačiau stiprios, ilgai trunkančios radijo žiotys joms yra retos. Nuolatinis radijo srautas SDSS J110546.07+145202.4, atrodo, yra pirmasis aiškus ilgalaikio radijo pokyčio reiškinio pavyzdys tokio tipo galaktikoje.

Ką maitina toks švyturys? Pagrindinė idėja pažįstama: dujos ir dulkės byra link juodosios skylės, sudarydamos sukimosi akrecijos diską. Trintis ir magnetinės jėgos sušildo krentančią medžiagą ir tam tikromis sąlygomis jos dalį sukiša į siauras, reliatyvistines žiotis. Šios žiotys gali gaminti galingą radijo spinduliuotę, kai įkrautos dalelės spirališkai juda palei magnetinio lauko linijas.

Šiuo atveju tyrėjai įtaria staigų dujų tiekimo akrecijos diskui padidėjimą. Toks tiekimo pokytis galėjo leisti žiotims paleisti ir likti aktyvioms. Apskaičiuotas radijo šviesis yra milžiniškas. Emisija yra maždaug 10 kvadrilijonų kartų didesnė už Saulės radijo spinduliuotę. Vis dėlto centrinė juodoji skylė pati yra santykinai mažesnė, palyginti su milžiniškomis juodosiomis skylėmis masyviose elipsinėse galaktikose.

Nauji stebėjimai kartu su archyviniais duomenimis nuo radijo iki rentgeno diapazono nerodo akivaizdaus dvigubo blyksnio optinėje ar infraraudonoje srityje, kuris atitiktų radijo augimą. Toks nebuvimas apsunkina paprastas paaiškinimo versijas, pavyzdžiui, potvyninio žvaigždės sutraukymo įvykį, kai žvaigždė yra supjaustoma ir trumpam sušvinta branduolyje daugelyje bangų ruožų. Elgesys taip pat skiriasi nuo blazarų, kurių žiotys beveik tiesiogiai nukreiptos į Žemę ir kurie paprastai rodo greitus, kintančius emisijos požymius.

Tolesni matavimai naudojo kelis instrumentus: 100 metrų radijo teleskopą Effelsberge, CSIRO Australijos radijo teleskopų kompaktiškąją masyvą ir kosminius rentgeno teleskopus, be kitų. Kiekvienas duomenų rinkinys patvirtina tą pačią netikėtą išvadą: tai nėra trumpalaikis radijo blyksnis. Tai ilgalaikis būsenos pasikeitimas.

Atraskimo straipsnį, kuriam vadovauja Stefanie Komossa iš Max Planck radijo astronomijos instituto, pristatė SDSS J110546.07+145202.4 kaip galimo naujo, greitai persijungiančioms radijo galaktikoms priklausančio tipo prototipą. Jei ši klasifikacija pasitvirtins, tai privers astronomus peržiūrėti teorijas apie tai, kaip mažos, greitai augančios juodosios skylės gali susidaryti ir palaikyti žiotis.

Kodėl tai svarbu ne tik vienai galaktikai

Yra gilesnė priežastis, kodėl vienas objektas yra reikšmingas. Ankstyvojoje Visatoje greitai augančios, mažesnės masės juodosios skylės buvo kur kas dažnesnės. Jos tikriausiai maitino ryškius šaltinius, formavusius savo aplinką su spinduliuote ir žiotimis. Tačiau tos tolimesnės sistemos yra blankios ir sunkiai išskiriamos. Artimas analogas suteikia tyrėjams laboratoriją tirti žiočių formavimąsi, jų plitimą ir sąveiką su šeimininkės galaktikos dujomis kur kas didesniu detalumu.

Aukštos raiškos radijo vaizdai gali padėti. Labai ilgų bazinių interferometrijos (VLBI) masyvai sujungia signalus iš plačiai išsidėsčiusių antenų, kad sukurtų kampinę raišką, lygiavertę vienam, žemyn apimčiai prilygstančiam dubliui. Planuojami stebėjimai su Very Long Baseline Array gali atskleisti žiočių struktūrą, kryptį ir evoliuciją, padėdami nustatyti, ar radijo emisija kyla iš kompaktiško branduolio, naujo žioties mazgo ar didesnio masto sąveikos su aplinkinėmis dujomis.

Žvelgiant į ateitį, artėjanti radijo įrangos karta, tokia kaip Square Kilometre Array, apžvelgs dangų precedento neturinčiu jautrumu. Šie teleskopai turėtų aptikti daug daugiau radijo tranzientų ir ilgalaikių pokyčių, leidžiant astronomams sužinoti, ar SDSS J110546.07+145202.4 yra išimtis, ar pirmasis atpažintas platesnės populiacijos narys.

Galaktika taip pat yra vizualiai įspūdinga. Ji yra pakankamai arti, kad jos dvi spiralės rankos yra aiškiai matomos optiniuose ir netoli infraraudonųjų spindulių vaizduose, suteikiant kontekstą energingai branduolio veiklai. Kartu vaizdas padeda susieti centrinį variklį su jo šeimininke galaktika.

Galaktika SDSS J110546.07+145202.4 yra pakankamai arti Žemės, kad jos forma su dviem spiralės rankomis būtų aiškiai matoma nuotraukose. Fotografija yra matomos šviesos ir netoli infraraudonųjų spindulių kompozitas. 

Ekspertų įžvalga

"Šis objektas suteikia retą, artimą bandymų atvejį procesams, kurie buvo dažni jaunoje Visatoje," sako dr. Elena Morales, stebimosios astrofizikos specialistė, nesusijusi su atradimo komanda. "Galime stebėti, kaip nauja žiotis įsitvirtina ir kaip ji veikia galaktiką. Tai mums pasako apie grįžtamąjį ryšį, apie tai, kaip juodosios skylės reguliuoja žvaigždžių formavimąsi, ir apie sąlygas, reikalingas žiotims palaikyti metus, o ne dienas ar mėnesius."

Jos pastebėjimas leidžia pereiti prie esmės, kodėl nuolatinė radijo emisija yra svarbi. Žiotys daro daugiau nei tik apšviečia teleskopus. Jos perneša energiją į atstumus, kur gali įkaitinti dujas, perstumti jas ir slopinti arba sukelti žvaigždžių formavimąsi. Stebint žioties gimimą ir išlikimą realiu laiku gaunami duomenys, kuriais galima patikrinti kompiuterines šių grįžtamojo ryšio procesų modeliavimo prielaidas.

Išvada

SDSS J110546.07+145202.4 tapo retiu ir vertingu atveju studijuoti. Ji meta iššūkį lūkesčiams apie tai, kaip elgiasi mažesnės masės, greitai akrecuojančios juodosios skylės. Taip pat ji siūlo artimą analogą aktyviems branduoliams, kurie tikriausiai formavo ankstyvąjį kosmosą. Tolimesnė stebėsena visame elektromagnetiniame spektre, didesnės raiškos radijo vaizdai ir jutiminės ateities dangaus apžvalgos parodys, ar ši galaktika yra vienetinė anomalija, ar pirmasis ženklas didesnės, anksčiau nepastebėtos ilgalaikių radijo tranzientų populiacijos.

Kol kas švyturys lieka įjungtas. Astronomai toliau stebės.