Po rozpoczęciu działania w lutym 2024 misja XRISM badała monstrualną czarną dziurę w centrum galaktyki NGC 4151.
Instrument XRISM Resolve (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission) uchwycił szczegółowe widmo obszaru wokół czarnej dziury – powiedział Brian Williams, naukowiec NASA zajmujący się projektem misji. Szczyty i spadki są jak chemiczne odciski palców, które mogą nam powiedzieć, jakie pierwiastki są obecne i ujawnić wskazówki dotyczące losu materii zbliżającej się do czarnej dziury.
NGC 4151 to galaktyka spiralna znajdująca się w odległości około 43 milionów lat świetlnych w konstelacji Psów Gończych. W jej centrum znajduje się supermasywna czarna dziura o masie ponad 20 milionów mas Słońca.
Galaktyka jest również aktywna, co oznacza, że jej centrum jest niezwykle jasne i zimne. Gaz i pył wirujące w kierunku czarnej dziury tworzą wokół niej dysk akrecyjny i nagrzewają się pod wpływem sił grawitacji i tarcia, tworząc zmienność. Część materii na skraju czarnej dziury tworzy bliźniacze strumienie cząstek, które wylatują z każdej strony z dużą prędkością bliską prędkości światła. Obłok materii w kształcie torusa otacza dysk akrecyjny.
W rzeczywistości NGC 4151 jest jedną z najbliższych znanych galaktyk aktywnych. Inne misje, w tym Obserwatorium Rentgenowskie Chandra i Kosmiczny Teleskop Hubble’a, badały ją, aby dowiedzieć się więcej na temat interakcji między czarnymi dziurami i ich otoczeniem, co może powiedzieć naukowcom, w jaki sposób supermasywne czarne dziury w centrach galaktyk rosną w kosmicznym czasie.
Galaktyka jest niezwykle jasna w promieniowaniu rentgenowskim, co czyni ją idealnym wczesnym celem dla XRISM.
Widmo NGC 4151 wykonane przez Resolve ujawnia ostry pik przy energiach nieco poniżej 6,5 keV (kiloelektronowoltów) – linię emisyjną żelaza. Astronomowie uważają, że znaczna część mocy galaktyk aktywnych pochodzi z promieniowania rentgenowskiego powstającego w gorących, rozbłyskujących obszarach w pobliżu czarnej dziury. Promieniowanie rentgenowskie odbite od chłodniejszego gazu w dysku powoduje fluktuację żelaza, co skutkuje powstaniem charakterystycznego piku w promieniowaniu rentgenowskim. Pozwala to astronomom dokładniej zbadać zarówno dysk akrecyjny, jak i obszary rozbłysków znajdujące się znacznie bliżej czarnej dziury.
Widmo wykazuje również kilka spadków w okolicach 7 keV. Za te spadki odpowiada również żelazo znajdujące się w torusie, jednak poprzez absorpcję promieniowania rentgenowskiego, a nie emisję, ponieważ materia w torusie jest znacznie chłodniejsza niż w dysku. Całe to promieniowanie jest około 2500 razy bardziej energetyczne niż światło widzialne dla ludzkiego oka.
Żelazo to tylko jeden z pierwiastków wykrytych przez XRISM. Teleskop może również wykryć siarkę, wapń, argon i inne, w zależności od źródła. Każdy z nich mówi astrofizykom coś innego o zjawiskach kosmicznych rozproszonych na rentgenowskim niebie.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
NASA
Na ilustracji: Wizja artystyczna pokazuje możliwe lokalizacje żelaza ujawnione w widmie rentgenowskim NGC 4151 wykonanym przez XRISM. Źródło: NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab