W centrum każdej galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura, o masie od miliona do miliarda razy większej od masy naszego Słońca. W niektórych galaktykach gaz akreuje na czarną dziurę, nieustannie emitując światło w całym widmie elektromagnetycznym, tworząc „aktywne jądro galaktyki” (AGN). Gaz nie zawsze akreuje ze stałą szybkością: w ostatnich latach odkryto „AGNy o zmiennym stanie”, które charakteryzują się nagłymi, ekstremalnymi zmianami tempa akrecji. Badanie takich zdarzeń umożliwia wgląd w to, jak materia akreująca na czarną dziurę reaguje i organizuje się podczas tych zdarzeń, pozwalając nam dowiedzieć się, jak szybko lub wolno supermasywne czarne dziury mogą rosnąć w czasie. Takie zdarzenia zdarzają się bardzo rzadko w odniesieniu do pojedynczych obiektów, ale na szczęście niewielką statystykę można wzmocnić, monitorując tak dużą próbkę początkową, jak to możliwe.
Od grudnia 2019 do lutego 2022 roku teleskop rentgenowski eROSITA na pokładzie Spectrum Roentgen/Gamma przeprowadzał wielokrotne, kompletne skanowanie całego nieba co sześć miesięcy, monitorując około milion aktywnych jąder galaktyk (AGN). W artykułach "An X-ray flaring event and a variable soft X-ray excess in the Seyfert LCRS B040659.9–385922 as detected with eROSITA", S. Krishnan et al. oraz "Multiwavelength study of extreme variability in LEDA 1154204: A changing-look event in a type 1.9 Seyfert", T. Saha et al., zespół astronomów (wśród nich astronomowie z CAMK PAN - Alex Markowith i jego byli studenci S. Krishnan i S. Saha oraz Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego - Mariusz Gromadzki) donósł o wykryciu ekstremalnych zmian strumienia promieniowania rentgenowskiego w dwóch aktywnych jądrach galaktyk (AGN, zwanych dalej odpowiednio J0408-38 i J0428-00).
W obu przypadkach eROSITA zarejestrowała wzrost, a następnie spadek strumienia promieniowania rentgenowskiego w ciągu sześciu miesięcy (z dużymi zmianami w strumieniu optycznym J0428-00, o których dodatkowo informowali współpracownicy korzystający z satelity GAIA). Gdy tylko zespół wykrył te „rozbłyski” promieniowania rentgenowskiego w trakcie trwania każdego AGN, zainicjował wieloletnie kampanie obserwacyjne, wykorzystując szereg urządzeń do śledzenia wielu składników (promieniowania o różnych długościach fal) gazu akreującego na supermasywne czarne dziury.
W obu przypadkach źródło rozbłysku było zgodne z pochodzeniem z dysku akrecyjnego zasilającego czarną dziurę; silnym kandydatem na leżący u jego podstaw mechanizm jest lokalna niestabilność radiacyjno-ciśnieniowa w dysku. W każdym przypadku niestabilność powoduje nagły, ale tymczasowy, napływ nowego gazu akrecyjnego w kierunku czarnej dziury. Ten napływ wywołał znaczny wzrost jasności optycznej/ultrafioletowej emitowanej z wewnętrznych obszarów każdego dysku, oddalonego o kilka dni świetlnych od czarnej dziury. Wzrosty te obserwowano za pomocą satelitów GAIA, teleskopu optycznego Swift UltraViolet, NASA, monitora optycznego XMM-Newton i/lub teleskopu ATLAS.
Następnie część tej emisji optycznej/ultrafioletowej przedostała się do ultragorącej „korony”, znajdującej się w odległości kilku godzin świetlnych od czarnej dziury; zamienia ona fotony optyczne/ultrafioletowe na fotony promieniowania rentgenowskiego, powodując rozbłyski rentgenowskie początkowo obserwowane za pomocą eROSITA, a później obserwowane przez Teleskop Rentgenowski Swifta i XMM-Newton.
Ponadto zespół wykorzystał naziemne urządzenia spektroskopowe, w tym teleskop W. M. Kecka, Południowo Afrykański Duży Teleskop (South African Large Telescope) oraz 1,8-metrowy teleskop Południowo Afrykańskiego Obserwatorium Astronomicznego (South African Astronomical Observatory), aby śledzić linie emisyjne widma optycznego pochodzące z tzw. obszaru szerokich linii gazu nad dyskiem, oddalonego o kilka tygodni świetlnych od czarnej dziury. Linie te reagowały na rozbłyski w paśmie ultrafioletowym, przy czym J0428-00 wykazywała znaczną ewolucję w swojej linii H-beta, a linia He II J0408-38 reagowała podobnie.
Wreszcie, w J0428-00, rozbłyskujące fotony oświetliły ciepły pył okołojądrowy, znajdujący się mniej więcej rok świetlny od centralnego silnika. Pył ten emitował światło podczerwone w postaci „echa świetlnego”, które zostało zaobserwowane za pomocą misji NEOWISE.
Te obserwacje krótkotrwałych, tymczasowych wybuchów akrecji, pomogły nam dowiedzieć się więcej o różnorodności zachowań, jakie mogą przejawiać AGN-y w miarę jak ich czarne dziury rosną w czasie.
J0408-38 i J0428-00 znajdują się odpowiednio 790 milionów i 925 milionów lat świetlnych od nas, oba w gwiazdozbiorze Erydanu.
Rysunki:
Jak na rysunkach 1 w każdym artykule:
Promieniowanie rentgenowskie + UV + ATLAS-o + NEOWISE dla każdego AGN osobno
Podziękowania: eROSITA/SRG; SALT, Keck; NEOWISE
Tekst: A. Markowitz; Rysunki: T. Saha i S. Krishnan
