Astronomia zaskakuje nie tylko samym katalogiem obiektów, ile sposobami, w jakie udaje się je obserwować. Czasami to nasze możliwości, a czasami czysty przypadek otwiera nam szeroko okno na zjawiska niedostępne dla najpotężniejszych teleskopów. Dokładnie tak stało się z kwazarem RXJ1131-1231 – odległym o 1300 lat świetlnych, z supermasywną czarną dziurą w samym centrum.
Zespół kierowany przez Matusa Rybaka z Uniwersytetu w Lejdzie wykorzystał efekt dwóch nakładających się soczewek grawitacyjnych, by udowodnić, że fale milimetrowe powstają tuż przy samej krawędzi supermasywnych czarnych dziur.
Kwazar RXJ1131-1231 jest jednym z ulubionych obiektów badaczy, bo natura dała im naprawdę sowity prezent: między nim a Ziemią leży inna galaktyka. To ona działa jak gigantyczne szkło powiększające, zakrzywiając emitowane przez niego światło. I właśnie tak oto możemy widzieć kwazar nawet trzykrotnie wyraźniej, niż gdyby znajdował się na pustym tle. To klasyczne makrosoczewkowanie grawitacyjne – narzędzie, które od lat pozwala dostrzegać odległe obiekty w dużo bardziej szczegółowej skali.
Na tym jednak sprawa się nie kończy. W galaktyce-soczewce są także gwiazdy. Każda z nich dodatkowo zakrzywia bieg światła, wywołując nieregularne zmiany jasności. Mikrosoczewkowanie to zjawisko subtelne, ale niezwykle wartościowe: pozwala analizować szczegóły zbyt drobne, by uchwyciły je teleskopy. W 2015 roku Rybak i jego zespół dostrzegli w danych z radioteleskopu ALMA, że trzy obrazy kwazara zachowują się inaczej – jedne jaśniały, inne dziwnie gasły. Zaobserwowano jednocześnie efekt dużej galaktycznej lupy i małych, gwiezdnych szkieł.
Kiedy badacze wrócili do tego obiektu w 2020 roku, zauważyli coś jeszcze bardziej zaskakującego. Kwazar migotał w rytm fal milimetrowych, i to w skali lat. Samo w sobie nie byłoby to dziwne, gdyby nie fakt, że fale milimetrowe zwykle pochodzą ze spokojnego gazu i pyłu – struktur stabilnych, które nie są bohaterami dramatycznych zmian. Tutaj jednak jasność zmieniała się bardzo wyraźnie. Naukowcy doszli do wniosku, że źródłem nie jest zimny pył, lecz korona czarnej dziury – gorący, magnetyczny torus plazmy oplatający centralny obiekt. W otoczeniu pól magnetycznych i ekstremalnej energii termicznej powstają fluktuacje, które zdradzają nam tajemnice samego serca kwazaru.
Migotanie kwazara w zakresie fal milimetrowych otwiera nam drogę do jeszcze ciekawszych badań. Do tej pory takie zjawiska rejestrowano jedynie w świetle widzialnym czy w pasmach radiowych, nigdy jednak w tej części widma. Przeniesienie mikrosoczewkowania na nową długość fali poszerza możliwości obserwacyjne – pozwala zestawiać dane z wielu zakresów i budować pełniejsze modele procesów zachodzących tuż przy horyzoncie zdarzeń. Każde nowe pasmo to dodatkowa warstwa obrazu: to jakby stopniowo odkrywać kolejne stopnie tego samego, złożonego mechanizmu.
Historia tego odkrycia sięga jeszcze 2008 roku. To wtedy Rybak, Dominique Sluse i Frédéric Courbin wykazali, że mikrosoczewkowanie w świetle widzialnym daje dostęp do niezwykle precyzyjnych danych. Ich praca położyła fundament pod współczesne badania – od mikroskopii galaktyk po analizę struktur akrecyjnych. Dzisiejsze wyniki są kontynuacją tamtych badań, tylko przesuniętą w inną część widma elektromagnetycznego.
Astronomowie nie poprzestaną na ALMA. Już zaplanowano obserwacje kwazara przy pomocy teleskopu rentgenowskiego Chandra. Fale rentgenowskie powstają jeszcze bliżej czarnej dziury niż promieniowanie milimetrowe. Jeśli uda się zarejestrować mikrosoczewkowanie także w tym paśmie, będzie to oznaczało, że mamy unikalny dostęp do temperatur i pól magnetycznych działających w iście ekstremalnych warunkach. A ponieważ to właśnie te czynniki decydują o tym, jak czarna dziura oddziałuje na całą galaktykę – od rozdmuchiwania gazu po hamowanie procesów gwiazdotwórczych – stawka badań jest ogromna.
Czytaj również: Astronomowie przyłapali czarną dziurę na przebudzeniu – spektakularny start
Supermasywne czarne dziury to nie tylko osobliwości – są silnikami kształtującymi ewolucję galaktyk. Strumienie energii, jakie emitują, potrafią zatrzymać procesy gwiazdotwórcze na miliony lat. Określenie w stu procentach ich mechanizmów emisji oznacza lepsze modele kosmologiczne, bardziej precyzyjne prognozy dotyczące rozwoju struktur we Wszechświecie. Dzięki przypadkowi i podwójnym soczewkom nauka zyskała narzędzie, które pozwala patrzeć w głąb miejsc dotąd całkowicie ukrytych.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
