Kada je XMM-Newton 2019. ponovno promatrao galaksiju ESO 511-G030, njezina aktivna jezgra bila je oko deset puta slabija nego 2007. godine. Uslijedio je nagli oporavak: u manje od tri godine crna rupa oko 17 milijuna puta masivnija od Sunca pojačala je ultraljubičasti i rendgenski sjaj, pružajući astronomima rijedak pogled u promjenu stanja supermasivne crne rupe.
Najveći izazov za postojeće modele nije sama promjena sjaja, već brzina kojom se dogodila. Rezultati rada, objavljenog 18. svibnja na preprint poslužitelju arXiv, pokazuju da se unutarnji dijelovi sustava oko crne rupe mogu mijenjati brže nego što predviđaju standardne slike akrecijskih diskova.
Crna rupa u ESO 511-G030 uhvaćena je u rijetkoj promjeni stanja
U aktivnim galaksijama materijal ne nestaje odmah iza horizonta događaja. Prije toga se sabija i zagrijava u akrecijskom disku, vrtložnoj strukturi vrućeg plina oko crne rupe. Taj disk zrači ponajprije u vidljivoj i ultraljubičastoj svjetlosti, dok rendgensko zračenje dolazi iz korone, područja izrazito vruće plazme iznad unutarnjeg dijela diska.
Kako se disk i korona mijenjaju kada crna rupa prijeđe iz slabijeg u jače stanje akrecije, i dalje je jedno od važnih otvorenih pitanja. Takve prijelaze teško je uhvatiti jer se ne događaju predvidljivo, a za njihovo razumijevanje potrebna su istodobna mjerenja u više dijelova spektra.
ESO 511-G030 pruža posebno dobar slučaj za takvo praćenje. Riječ je o Seyfertovoj galaksiji, tipu aktivne galaksije sa sjajnom jezgrom, ali bez potpunog zasjenjivanja ostatka galaksije. Za razliku od kvazara, njezina aktivna jezgra ne nadjačava svjetlost cijele galaksije, pa se struktura galaksije i dalje može promatrati.
Tim koji vodi Riccardo Middei iz Astronomskog opservatorija INAF-a u Rimu pratio je ESO 511-G030 od 2019. do 2025. godine s pomoću svemirskog opservatorija Neil Gehrels Swift. U šest godina prikupili su više od 80 opservacija u ultraljubičastom i rendgenskom području, dovoljno da se promjena sjaja ne vidi kao jedan izdvojeni trenutak, već kao razvoj koji se odvijao pred njihovim instrumentima.
Crna rupa najprije je pala u neobično slabo stanje
ESO 511-G030 nije uvijek imao tako slabu aktivnu jezgru. Kada ga je XMM-Newton promatrao 2007. godine, središte galaksije bilo je sjajno i u ultraljubičastom i u rendgenskom zračenju. Još jedna opservacija iz 2012. pokazala je da je sustav tada i dalje bio snažan izvor rendgenskog zračenja.
Slika se promijenila 2019. godine. Kada se XMM-Newton vratio istom objektu, aktivna jezgra bila je oko deset puta slabija nego u ranijem sjajnom stanju. Podaci između 2012. i 2019. nisu dovoljni da bi se moglo odrediti kada je slabljenje počelo ni što ga je pokrenulo. Istraživači ne isključuju mogućnost da je sustav prije početka redovitog praćenja bio još slabiji.
Oporavak je postao vidljiv u podacima opservatorija Swift. Akrecijski disk počeo je jačati oko 2021. godine, a najveći dio promjene dogodio se između 2021. i 2023. godine. Za supermasivnu crnu rupu mase oko 17 milijuna Sunčevih masa, takav prijelaz u manje od tri godine iznenađujuće je brz.
Kada su istraživači iz ukupne svjetlosti sustava izdvojili doprinos galaksije domaćina, pokazalo se da je promjena bila još izraženija. Sjaj akrecijskog diska porastao je otprilike 20 do 30 puta.
Rendgensko zračenje kasnilo je za ultraljubičastim sjajem
Najvažniji trag nije bio sam porast sjaja, već redoslijed kojim se dogodio. Ultraljubičasto zračenje, povezano s akrecijskim diskom, počelo je jačati prije rendgenskog zračenja. Rendgenski sjaj neko je vrijeme ostao gotovo nepromijenjen, a zatim je tijekom 2022. i 2023. naglo porastao.
Takav slijed upućuje na to da se najprije promijenio unutarnji dio akrecijskog diska. Korona, područje izrazito vruće plazme koje proizvodi rendgensko zračenje, počela se oporavljati tek nakon što se promjena u disku već razvila.
Takav slijed rijetko se može pratiti ovako jasno. U mnogim slučajevima astronomi imaju samo usporedbe različitih stanja: sustav je jednom zabilježen kao slab, drugi put kao snažan. Ovdje su mogli pratiti sam prijelaz, korak po korak, kroz više valnih područja.
Prema procjeni istraživača, promjena se dogodila kada se crna rupa hranila stopom malo nižom od jedan posto svoje teorijske najveće stope. Taj prag mogao bi označavati granicu na kojoj se akrecijski tok oko crne rupe strukturno mijenja.
Slični prijelazi već su poznati kod crnih rupa zvjezdane mase u rendgenskim dvojnim sustavima. ESO 511-G030 pokazuje da se slična fizika može pojaviti i u aktivnoj galaktičkoj jezgri, pri sličnom Eddingtonovu omjeru, iako je riječ o crnoj rupi mase oko 17 milijuna Sunčevih masa.
Oporavak je prebrz za jednostavnu sliku akrecijskog diska
Najveći izazov za tumačenje nalazi se u vremenskoj skali. I slabljenje i oporavak dogodili su se brže nego što standardni modeli akrecijskih diskova lako mogu objasniti. Autori rada navode da takvi modeli još ne opisuju dovoljno dobro stvarnu strukturu i ponašanje optički gustog dijela akrecijskog toka u aktivnim galaktičkim jezgrama.
Osnovna slika ostaje ista: materijal se skuplja u disku oko crne rupe, disk se zagrijava i zrači, a korona proizvodi rendgensko zračenje. Problem je u brzini promjene. Unutarnji disk i korona u ovom su se slučaju promijenili u roku koji je prekratak za uredno, sporo prilagođavanje kakvo bi se očekivalo iz jednostavnijih modela.
U sljedećim godinama Opservatorij Vera C. Rubin trebao bi otkriti mnogo više promjenjivih aktivnih galaktičkih jezgri u vidljivoj svjetlosti. Autori rada upozoravaju da takva opažanja neće biti dovoljna sama po sebi. Za razumijevanje prijelaza između slabih i snažnijih stanja akrecije trebat će istodobno pratiti i rendgensko zračenje, jer se upravo ondje vidi kako se ponaša korona.
U ESO 511-G030 najprije je ojačao disk vrućeg plina oko crne rupe, a tek zatim rendgensko zračenje iz korone. Taj razmak pokazuje da se sustav ne vraća u jače stanje odjednom. Kod crne rupe oko 17 milijuna puta masivnije od Sunca, promjena u samo nekoliko godina ostaje najteži dio priče za postojeće modele.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
Izvori i publikacija
R. Middei et al, Directly tracking the re-brightening of a supermassive black hole accretion disk
DOI: 10.48550/arxiv.2605.18958
Časopis / izvor: arXiv
