Międzynarodowy zespół naukowców przedstawił kolejne dowody na to, że czarne dziury są otoczone przez chmury gazowe w kształcie torusów, które, w zależności od kąta patrzenia, mogą blokować widok czarnej dziury w centrum.

Wykorzystując dwa orbitalne obserwatoria ESA – INTEGRAL oraz XMM-Newton – naukowcy spojrzeli głębiej w torusoidalny obłok (torus przypomina kształtem dętkę rowerową lub pączka z dziurą w środku), dzieki czemu dostrzegli z niespotykaną wcześniej dokładnością pewne ciekawe cechy. Przebicie się do struktury torusa było możliwe dzięki wykorzystaniu specyficznych cech światła, które odbija się lub jest całkowicie zaabsorbowane przez czarną dziurę. Sposób powstania obłoku dalej jednak pozostaje tajemnicą.

„Poprzez baczne przyjrzenie się torusowi, mozemy zobaczyć fenomen czarnych dziur w zupełnie nowym świetle, a właściwie w braku światła,” – powiedział dr Volker Beckmann z Goddard Space Flight Center w Greenbelt, główny autor pracy czekającej na publikację w The Astrophysical Journal. – „Nasz torus nie jest bardzo gęsty jak Krispy Kreme, ale jest znacznie gorętszy (nawet o tysiąc stopni) i wypełniony bardziej kalorycznym gazem.„

Czarne dziury są niezwykle gęstymi obiektami z tak silnym polem grawitacyjnym, że nawet światło nie może z nich uciec. Naukowcy uważają, że supermasywne czarne dziury znajdują się w centrach większości galaktyk, włączając naszą macierzystą Drogę Mleczną. Ich masa to około miliony do miliardów mas Słońca stłoczonych na przestrzeni porównywalnej z Układem Słonecznym.

Supermasywne czarne dziury wydają się być otoczone przez gorący, powiększający się cienki dysk gazowy, a w większej odległości przez gęsty torus.

Spaceflight Now

Fotografia przedstawią galaktykę NGC 4388 w podczerwieni. Została uzyskana dzięki pracy teleskopu Subaru. Na zdjęciu widzimy całą galaktykę. Czarna dziura wraz z dyskiem akrecyjnym oraz pączkokształtnym pierścieniem byłaby jedynie niewielką kropką w centrum galaktyki. Oglądanie galaktyk w świetle o różnej długości fal uchyla rąbka tajemnicy w kwestii procesów zachodzących we wnętrzu galaktyki – od narodzin gwiazd po aktywność czarnych dziur.

Zespół Beckmanna wybrał mniej uczęszczaną ścieżkę poszukiwań i obserwował czarną dziurę wraz z torusem bezpośrednio na linii wzroku. Promieniowanie X oraz gamma – wykryte odpowiednio przez XMM i INTEGRAL, częściowo przeniknęło torus. Nowy obraz uzyskany przez mgiełkę wniósł wartościowe informacje do naszej wiedzy o relacji pomiędzy czarną dziurą, jej dyskiem akrecyjnym oraz pierścieniem.

Naukowcy zaobserwowali czarną dziurę w odległej o 65 milionów lat świetlnych galaktyce NGC 4388 w gwizdozbiorze Panny. Glaktyke tę nazywa się Seyfert 2, co odnosi się do typu czarnej dziury w jej jądrze – nie przysłoniętej z naszego punktu widzenia.

Galaktyki typu Seyfert 2 świecą zwykle zbyt ciemno, by można je dostrzec przy pomocy naziemnego sprzętu obserwacyjnego. Model torusa jest jak na razie jedynym w miarę spójnym wyjaśnieniem tego zjawiska. Inna teoria mówi, że czarna dziura w centrum galaktyki z jakichś powodów nie jest aktywna. NGC 4388 jest stosunkowo mało odległa od Ziemi, a tym samym łatwiejsza do zbadania.

Nowe obserwacje popierają model wykorzystujący pomysł torusa na kilka sposobów. Gaz w dysku akrecyjnym w pobliżu czarnej dziury osiąga wysoką prędkość i temperaturę rzędu 100 milionów stopni kiedy podąża w pustkę. Gaz świeci w paśmie wysokich energii w promieniowaniu Roentgrna. Ta część światła, która zdoła uciec z czarnej dziury, dokonuje tego ponieważ znajduje się jeszcze na jej krawędzi. Zderza się ona z materią torusa, gdzie część zostaje zaabsorbowana, natomiast reszta ulega odbiciu i przyjmuje różne długości fali.

STScI (HST)

Zdjęcie aktywnego jądra galaktyki (AGN) NGC 4261 wykonane przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Widoczny jest dysk akrecyjny zbudowany z gazu i pyłu opadającego na czarną dziurę. Z lewej strony zdjęcie wykonane z Ziemi – widoczne dżety wyrzucanych cząstek.

Grupa Beckmanna zdołała dostrzec, jak różne procesy wokół czarnej dziury emitują światło o różnej długości. Na przykład część promieniowania gamma powstającego w pobliżu czarnej dziury jest absorbowana przez atomy żelaza w torusie i ponownie wysyłana, ale już wówczas ma mniejszą energię. Ze względu na to, że NGC 4388 również oglądamy bezpośrednio, wiemy, że torus powstał w tej samej płaszczyźnie, co dysk akrecyjny.

Niskoenergetyczne promieniowanie X, poniżej 2,5 keV (kiloelektronowoltów), prawdopodobnie pochodzi z mieszanej emisji źródeł odległych od czarnej dziury. Wysokoenergetyczne promienie X są natomiast bezpośrednio powiązane z aktywnością czarnej dziury. Torus prawdopodobnie znajduje się w odległości kilkuset lat świetlnych od czarnej dziury.

Dr Beckmann uważa, że obserwacje nie pozwolą na określenie grubości torusa. Wielu innych naukowców przychyla się do poglądu, że torus jest znacznie bliżej dysku akrecyjnego, stanowiąc spójną część jedynie w pobliżu czarnej dziury, bowiem w dalszej odległości nie byłby w stanie zachować struktury.