U blizini supermasivne crne rupe u galaksiji NGC 3783 astronomi su pronašli trag magnetske erupcije nalik onima koje na Suncu pokreću baklje i izbacivanje plazme. Pritom se izdvojio odnos između promjena rendgenskog zračenja različitih energija. Takav je obrazac poznat iz proučavanja erupcija na zvijezdama.
Gal Vardi i suradnici analizirali su opažanja svemirskih teleskopa XRISM i XMM-Newton te zaključili da je zabilježeni bljesak nastao oslobađanjem energije pri magnetskoj rekonekciji. U tom procesu magnetsko polje mijenja svoju konfiguraciju i dio njegove energije prelazi u zagrijavanje i ubrzavanje čestica.
Nalaz se odnosi na vrući plin izvan crne rupe, u području koje astronomi nazivaju koronom. Ondje nastaje snažno rendgensko zračenje, no još nije potpuno razjašnjeno kako se plin zagrijava na tako visoke temperature. Veza sa Sunčevim bakljama pruža način da se tu pretpostavku provjeri na konkretnom događaju.
Isti proces u posve drukčijem okruženju
Sunce ima vidljivu površinu iznad koje se proteže mnogo toplija korona. U aktivnoj galaktičkoj jezgri oko crne rupe nalazi se akrecijski disk, tok plina koji se zagrijava dok pada prema njoj. Njegova korona također je znatno toplija od područja koje se nalazi ispod nje.
Crna rupa nema Sunčevu površinu. Usporedba se odnosi na fiziku okolne plazme i magnetskog polja. Plazma se sastoji od električki nabijenih čestica, pa njezino gibanje i magnetsko polje snažno utječu jedno na drugo. Pohranjena magnetska energija može se osloboditi brzo i proizvesti kratak porast zračenja.
Takav se proces na Suncu može pratiti mnogo izravnije. Okoliš udaljene crne rupe u ovim opažanjima nije prostorno razlučen na pojedinačne magnetske strukture. Istraživači zato traže njihove posljedice u spektru i u promjenama sjaja tijekom vremena.
Rendgenski zapis otkrio je redoslijed događaja
Podaci potječu iz desetodnevne kampanje promatranja NGC 3783 u srpnju 2024. godine. U analizi, objavljenoj u časopisu The Astrophysical Journal Letters, tim je usporedio rendgensko zračenje nižih energija, koje se naziva mekim, s rendgenskim zračenjem viših energija, odnosno tvrdim zračenjem.
Jedan bljesak razlikovao se od ostalih. Tvrdo rendgensko zračenje u cjelini je prethodilo mekom za približno 30.000 sekundi, odnosno nešto više od osam sati. Nakon vrhunca tvrdo je zračenje brzo oslabilo, dok je meko opadalo sporije.
Sama vremenska odgoda ne bi bila dovoljna da se odredi uzrok. Važnije je bilo što je intenzitet tvrdog rendgenskog zračenja pratio brzinu promjene mekog zračenja. Taj je odnos poznat kao Neupertov efekt i opaža se pri dijelu Sunčevih i zvjezdanih baklji.
U takvom tumačenju tvrdo zračenje prati ubrzane čestice i trenutačno oslobađanje energije, dok meko dolazi iz plina koji se zagrijava i zadržava primljenu energiju. Zato se njihove krivulje sjaja ne moraju jednostavno podudarati. Njihov je međusobni odnos pokazatelj načina na koji energija prelazi iz magnetskog polja u plazmu.
Uz bljesak se pojavio i vrlo brz odljev plina
Tijekom istog događaja opažen je i vrlo brz odljev plina. Njegova je veza s bljeskom već bila predmet zasebne analize iz iste promatračke kampanje. ESA je taj rezultat opisala kao nastanak vjetra koji doseže približno petinu brzine svjetlosti.
U sadašnjoj analizi takav odljev odgovara ulozi koju pri Sunčevoj aktivnosti može imati izbačaj koronalne mase. Istraživači ne uspoređuju izgled tih struktura, već predlažu zajednički mehanizam: brzo oslobađanje magnetske energije koje zagrijava plin i može dio tvari potisnuti prema van.
Istraživači su provjerili i druga objašnjenja promjene rendgenskog zračenja, uključujući refleksiju i promjenu apsorpcije u plinu ispred izvora. Zaključuju da ona ne objašnjavaju opaženi odnos jednako dobro kao magnetska rekonekcija. Isti su odnos dobili i kada su podatke grupirali u drukčije vremenske intervale.
Što bi trebala pokazati buduća opažanja
Neupertov efekt nije utvrđen u svim bljeskovima zabilježenima tijekom kampanje. Upravo se događaj povezan s brzim odljevom izdvojio po drukčijem vremenskom ponašanju. Rezultat se stoga ne može jednostavno preslikati na svaku promjenu sjaja svake aktivne crne rupe.
Za proučavanje korone posebno je korisno što ista opažanja istodobno bilježe nekoliko posljedica erupcije. Buduća promatranja drugih aktivnih galaksija mogu tražiti isti odnos tvrdog i mekog rendgenskog zračenja, zajedno s tragovima izbačenog plina. Time bi se moglo provjeriti koliko je mehanizam prepoznat u NGC 3783 čest u okolišu supermasivnih crnih rupa.
