Misja teleskopu Fermi znajduje podejrzenie cyklu gamma w aktywnej galaktyce

[romkur55]

 

Astronomowie przy użyciu danych z należącego do NASA teleskopu Fermi Gamma-ray Space Telescope  odkryli przesłanki do wyrażenia przypuszczeń okresowej zmiany jasności tak zwanej "aktywnej" galaktyki, której emisje są zasilane przez super masywną czarną dziurę. Jeśli odkrycie to zostanie potwierdzone, oznaczałoby pierwszą wieloletnią cykliczną emisję promieniowania gamma,  którą kiedykolwiek wykryto w jakiejkolwiek  galaktyce,  a  odkrycie to,  może  dostarczyć nowych informacji na temat procesów fizycznych zachodzących w pobliżu czarnej dziury.

"Obserwując przez  wiele lat dane z teleskopu , Fermi's Large Area Telescope (LAT) wybraliśmy  wskazania świadczące o istnieniu zmian promieniowania gamma z galaktyki zwanej PG 1553+113 ", powiedział Stefano Ciprini, który koordynuje Zespół Fermi we włoskiej Agencji Kosmicznej Science Data Center (ASDC) w Rzymie. "Sygnał ten jest subtelny i zaobserwowany w ciągu niespełna czterech cykli, więc są  to obserwacje  budzące zainteresowanie i wymagające więcej uwag."

Supermasywne czarne dziury ważące  milion razy więcej niż nasze Słońce  leżą w centrach  większości dużych galaktyk, w tym naszej Drogi Mlecznej. W około 1 procencie tych galaktyk,  czarna dziura promieniuje miliardy razy więcej energii niż Słońce, a emisje te  mogą się zmieniać  nieprzewidywalnie w okresach w przedziale od minut do lat. Astronomowie określają je jako  galaktyki aktywne.

 Ponad połowa z tych źródeł promieniowania gamma obserwowanych przez teleskopy Fermiego LAT  to  aktywne galaktyki zwane blazarami, dotyczy to również galaktyki PG 1553+113. Podczas  opadania  materii na   czarną  dziurę, niektóre elementarne cząstki uciekają prawie z prędkością światła, z dwóch dysz, dżetów  skierowanych  w przeciwnych kierunkach do siebie. To co sprawia, że Blazar jest tak jasny, jest to, że jeden z tych strumieni cząstek jest skierowany niemal bezpośrednio w naszym kierunku.

"W istocie, patrzymy w dół gardła dżetu i ta tak zmieniająca się jasność, staje się naszym podstawowym narzędziem do zrozumienia struktury strumienia i środowiska w pobliżu czarnej dziury", powiedział Sara Cutini, astrofizyk ASDC.

Kierowani możliwością regularnych zmian promieniowania gamma, naukowcy zbadali  dane na różnych długościach fal.

 Do badań tych były włączone obserwatoria:

• ?         long-term optical observations z Tuorla
• ?          Observatory in Finland,
• ?         Lick Observatory w  stanie Kalifornia,
• ?          Catalina Sky Survey w pobliżu Tucson, Arizona
• ?          Optyczne i rentgenowskie dane z należącej do NASA  sondy Swift
•  Owens Valley Radio Observatory w pobliżu Bishop, Kaliforni                                                                                   

Obserwacje teleskopu Fermi sugerują możliwe cykliczne zmiany w emisji promieniowania gamma z Blazara PG 1553 + 113. Wykres pokazuje dane Fermi Large Area Telescope  z sierpnia 2008 roku do lipca 2015 roku dla promieniowania gamma o energii powyżej 100 milionów elektronowoltów (MeV). Dla porównania, energia światła widzialnego wynosi od 2 do 3 elektronowoltów. Pionowe linie na punktach danych są słupkami błędów.  Jednym z możliwych wyjaśnień dla obserwowanego cyklu gamma, jest oscylacja strumienia (dżetu) wytworzonego przez grawitację drugiej czarnej dziury, widocznej w graficznym  wyobrażeniu artysty, w lewym górnym rogu.    Należy do: NASA's Goddard Space Flight Center/CI Lab                    

 

"Cykliczne zmiany w świetle widzialnym i w falach radiowych są podobne do tego, co widzimy w wysokiej energii promieniowaniu gamma z Fermi", powiedział Stefan Larsson, naukowiec z Królewskiego Instytutu Technologii w Sztokholmie i współpracownik  zespołu ASDC . "Fakt, że wzór jest tak spójny, w tak szerokim zakresie długości fal jest wskazaniem, że periodyczność  jest prawdziwa, a wahania  widać nie tylko na podstawie danych promieniowania gamma."

Ciprini, Cutini, Larsson i ich współpracownicy opublikowali wyniki w listopadowej  10 edycji The Astrophysical Journal Letters. Jeśli cykl gamma PG 1553 + 113 jest w rzeczywistości prawdziwy, naukowcy przewidują ponowne szczyty w 2017 i 2019 roku oraz w ciągu przewidywanego okresu eksploatacji satelity Fermiego.

Naukowcy zidentyfikowali kilka scenariuszy, które mogą napędzać okresowe emisje, w tym różne mechanizmy, które mogłyby wytwarzać wieloletnie kołysanie  strumienia wysokoenergetycznych cząstek (dżeta) pochodzących z czarnej dziury. Najbardziej ekscytujący scenariusz przewiduje obecność drugiej supermasywnej  czarnej dziury, blisko  krążącej wokół jednego z dżetów wytwarzających  strumień. Przyciąganie grawitacyjne sąsiedniej czarnej dziury może  okresowo przechylać wewnętrzną część dysku akrecyjnego swojego towarzysza, do którego  spada  gaz w kierunku czarnej dziury, gromadzi się i podgrzewa. W efekcie powstałaby  powolna oscylacja strumienia, bardzo podobna jaka występuje w zraszaczach  trawników, która mogłyby produkować cykliczne zmiany promieniowania gamma, takie  jak obserwujemy.

PG 1553 + 113 leży w konstelacji Węża, a jej światło potrzebuje około 5 miliardów lat, aby dotrzeć do Ziemi.

Źródło: NASA's Fermi Mission Finds Hints of Gamma-ray Cycle in an Active Galaxy