Ogromne bąbelki w centrum Drogi Mlecznej są spowodowane przez supermasywną czarną dziurę

W 2020 r. Teleskop rentgenowski eRosita wykonał zdjęcia dwóch masywnych bąbelków, które rozciągają się daleko powyżej i poniżej centrum naszej galaktyki.

Od tego czasu astronomowie debatowali nad ich pochodzeniem. Teraz badanie, które obejmuje badania z University of Michigan, sugeruje, że bąbelki są wynikiem potężnego wybuchu aktywności supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej. Badanie opublikowane w astronomia naturalnapokazuje również, że odrzutowiec zaczął uwalniać materię około 2,6 miliona lat temu i trwał około 100 000 lat.

Odkrycia zespołu sugerują, że bąbelki Fermiego, odkryte w 2010 roku, i zamglenie mikrofalowe — mgła naładowanych cząstek mniej więcej w centrum galaktyki — powstały z tego samego przepływu energii z supermasywnej czarnej dziury. Badanie było prowadzone przez National Tsing Hua University we współpracy z UM i University of Wisconsin.

„Nasze odkrycia są ważne w tym sensie, że musimy zrozumieć, w jaki sposób czarne dziury oddziałują z znajdującymi się w nich galaktykami, ponieważ ta interakcja pozwala tym czarnym dziurom rosnąć w kontrolowany sposób, a nie w kontrolowany sposób. [growing] „Niekontrolowanie” – mówi astronom z UM Mateusz Roskowski, współautor badania. „Jeśli wierzysz w ten model bąbelkowy Fermi OE Rosetta jako napędzany supermasywne czarne dziuryMożesz zacząć odpowiadać na te głębokie pytania”.

Istnieją dwa konkurujące modele, które wyjaśniają te bąble, zwane bąblami Fermiego i eRosita od teleskopów nazwanych imieniem Ruszkowskiego. Pierwsza sugeruje, że odpływ jest napędzany przez jądrowy rozbłysk, w którym gwiazda eksploduje jako supernowa i wyrzuca materię. Drugi model, poparty odkryciami zespołu, wskazuje, że te wypływy są napędzane energią z supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej galaktyki.

Te wypływy z czarnych dziur pojawiają się, gdy materia przemieszcza się w kierunku czarnej dziury, ale nigdy nie przekraczają horyzontu zdarzeń czarnej dziury ani matematycznej powierzchni, poniżej której nic nie może uciec. Ponieważ część tego materiału wraca w kosmos, czarne dziury Nie rośnie w niekontrolowany sposób. Ale energia uwolniona przez czarną dziurę przemieszcza materię w pobliżu czarnej dziury, powodując powstanie tych dużych bąbelków.

Same konstrukcje mają 11 kiloparseków wysokości. Jeden parsek to 3,26 lat świetlnych, czyli około trzykrotności odległości, jaką światło pokonuje w ciągu roku. Struktury mają więc około 36 000 lat świetlnych średnicy.

Dla porównania, Droga Mleczna ma średnicę 30 kilofresków, a nasz Układ Słoneczny znajduje się około 8 kilofresków od centrum galaktyki. Według naukowców bąbelki eRosity są dwukrotnie większe od bąbelków Fermiego i są rozszerzane przez falę energetyczną lub falę uderzeniową, napędzaną przez bąbelki Fermiego.

Astronomowie są szczególnie zainteresowani zauważeniem bąbelków eRosity, ponieważ występują one na naszym własnym galaktycznym podwórku, a nie na obiektach w innej galaktyce lub w ekstremalnej odległości kosmicznej. Nasza bliskość odpływów oznacza, że ​​astronomowie mogą gromadzić ogromne ilości danych, mówi Roskowski. Te dane mogą powiedzieć astronomom, ile energii znajduje się w płaszczyźnie czarnej dziury, jak długo ta energia jest wstrzykiwana i z jakiego materiału wykonane są bąbelki.

„Nie tylko możemy wykluczyć model rozbłysku gwiazdy, ale możemy również dostosować parametry potrzebne do wytworzenia tych samych obrazów lub czegoś bardzo podobnego do tego, co jest na niebie, w modelu supermasywnej czarnej dziury” – mówi Roskowski. „Możemy lepiej ograniczyć pewne rzeczy, takie jak ilość wpompowanej energii, zawartość tych bąbelków i czas wstrzykiwania energii w celu wytworzenia tych bąbelków”.

Co w nich jest? Promienie kosmiczne, forma promieniowania wysokoenergetycznego. eRosita Bubbles zawiera bąbelki Fermiego, ich zawartość jest nieznana. Jednak modele naukowców mogą przewidywać ilość promieni kosmicznych w każdej ze struktur. Wstrzyknięcie energii z czarnej dziury nadmuchało bąbelki, a sama energia miała postać energii kinetycznej, cieplnej i promieniowania kosmicznego. Spośród tych form energii misja Fermiego może wykryć jedynie sygnał gamma w promieniach kosmicznych.

Karen Yang, główna autorka badania i adiunkt na National Tsing Hua University na Tajwanie, rozpoczęła prace nad wczesną wersją kodu używanego do modelowania w tym artykule jako badacz podoktorancki na Uniwersytecie MM wraz z Roskowskim. Aby dojść do swoich wniosków, naukowcy przeprowadzili symulację numeryczną uwalniania energii, która uwzględnia hydrodynamikę, grawitację i promieniowanie kosmiczne.

„Nasza symulacja jest wyjątkowa, ponieważ uwzględnia interakcję między promieniami kosmicznymi i gazami w Drodze Mlecznej. promieniowanie kosmicznewstrzykując dżety czarnej dziury, rozszerza się i tworzy bąbelki Fermiego, które fluoryzują w promieniach gamma” – mówi Yang.

„Sama eksplozja wypycha gaz z centrum galaktyki i tworzy falę uderzeniową, która jest obserwowana jako bąbelki eRosita. Nowa obserwacja bąbelków eRosita pozwoliła nam bardziej precyzyjnie ograniczyć czas trwania aktywności czarnej dziury i lepiej zrozumieć przeszłość historia naszej galaktyki”.

Model badaczy wyklucza teorię jądrowego wybuchu gwiazdy, ponieważ typowy czas trwania jądrowego wybuchu gwiazdy, a tym samym czas, w którym wybuch wypompuje energię tworzącą bąbelki, wynosi około 10 milionów lat, zgodnie z badaniami naukowymi. autor. Elaine Zwiebel, profesor astronomii i fizyki na Uniwersytecie Wisconsin.

„Z drugiej strony nasz model aktywnej czarnej dziury dokładnie przewiduje względne rozmiary bąbelków rentgenowskich eRosity i bąbelków gamma Fermiego, pod warunkiem, że czas wtrysku energii wynosi około 1% tego, czyli dziesiątą część miliona lat. – mówi Zwebel.

„Wstrzykiwanie energii przez ponad 10 milionów lat spowoduje powstanie bąbelków o zupełnie innym wyglądzie. To okazja do porównania bąbelków rentgenowskich i gamma, które wcześniej stanowiły kluczowy brakujący element”.

Naukowcy wykorzystali dane z misji eRosita, Kosmicznego Teleskopu Fermi Gamma-Ray NASA, Obserwatorium Plancka i sondy Wilkinson Microwave Anisotropy Probe.