W galaktyce Cygaro odkryto czarną dziurę, która udaje polski pączek. Zdradziła ją muzyczna kwinta To brzmi jak żart, ale zdarzyło się naprawdę. Dzięki zagadkowym wibracjom astrofizycy odkryli bowiem niezwykłą czarną dziurę. To pierwsza potwierdzona czarna dziura "wagi średniej" - o masie 400 słońc.
Dotychczas istnienie takich pośrednich dziur - dużo większych niż pojedyncza gwiazda, ale wciąż maciupkich wobec olbrzymich behemotów drzemiących w centrach galaktyk - nie było pewne.
Kiedy jednak trzy tygodnie temu naukowcy z Uniwersytetu Maryland napisali o tym odkryciu w wydaniu internetowym pisma "Nature", mało kto zwrócił na to uwagę. W tamtym czasie większe zainteresowanie budziły doniesienia o znalezieniu życia w jeziorze ukrytym pod lodem Antarktydy, nowych hipotezach na temat neandertalczyków czy też o szansach na leczenie zakażonych wirusem ebola.
Praca trzech amerykańskich astrofizyków zatytułowana "Czarna dziura o masie 400 słońc w galaktyce M82" przeszła prawie niezauważona, zwłaszcza w Polsce.
Tymczasem to bardzo smaczna historia, w której pojawiają się nie tylko tajemnicze wibracje i nie mniej intrygujące czarne dziury, lecz także swojsko brzmiące... polskie pączki. Oczywiście chodzi o kosmiczne pączki, których nadzieniem zamiast marmolady jest niewielka czarna dziura.
Kto pali to cygaro?
Galaktyka M82 nazywana jest Cygarem, bo w teleskopie wygląda właśnie jak cygaro, które się w dodatku żarzy (to blask bardzo aktywnego rejonu, w którym się rodzą nowe gwiazdy):
Dzieli nas od Cygara 12 mln lat świetlnych. W 2004 roku odkryto w tej galaktyce silne źródło promieniowania rentgenowskiego. Podejrzenie padło na czarną dziurę.
Można by spytać: dlaczego? Na zdrowy rozum czarne dziury nie powinny wysyłać żadnych sygnałów. One przecież, jak wiadomo, pochłaniają wszystko, co tylko do nich wpadnie, także światło, a tego, co zjadły, już nigdy nie wypuszczają na zewnątrz swego horyzontu. Ten horyzont jest granicą, którą można pokonać tylko w jedną stronę i już na zawsze.
To wszystko prawda. Jednak myli się ten, kto sądzi, że z tego powodu czarne dziury nie świecą. Jest wręcz przeciwnie - często świecą jaśniej niż gwiazdy, a czasem przyćmiewają swym blaskiem całe galaktyki.
Mają bowiem sporą masę, działają więc z dużą siłą grawitacji na wszystko, co je otacza. Ściągają z sąsiedztwa materię, która wpada do ich wnętrza, ale zanim zniknie za horyzontem, to rozkręca się wokół niego, tworząc gigantyczny wir. Mniej więcej taki jak w wannie z wodą, z której wyciągnie się korek z odpływu. Astrofizycy nazywają ten wir dyskiem akrecyjnym, bo zwykle jest spłaszczony, jak to dysk.
W tym wirze materia trze i rozgrzewa się do milionów stopni, emitując wszystkie możliwe typy promieniowania - radiowe, podczerwone, widzialne, ultrafioletowe, ale przede wszystkim - bardzo energetyczne i przenikliwe fale rentgenowskie. Promieniowaniu udaje się uciec dosłownie w ostatnim momencie, zanim jeszcze materia przestąpi granice czeluści bez powrotu.
Podejrzany: pączek z Polski
Nic dziwnego, że gdy 10 lat temu satelita Chandra odkrył w galaktyce M82 bardzo jasne, punktowe i pulsujące źródło promieniowania rentgenowskiego (w literaturze fachowej znane pod kryptonimem ULX), to od razu zaczęto podejrzewać czarną dziurę. I to nie byle jaką. Jej masę szacowano na pomiędzy 100 i 1000 słońc.
Byłaby to więc dziura o masie pośredniej - dużo większa niż dziura, która powstaje w wyniku śmierci gwiazdy, ale też znacznie mniejsza niż monstra rezydujące w środku większości, a może nawet we wszystkich bez wyjątku galaktykach, które mają w sobie miliony i miliardy słońc. Małe dziury i wielkie monstra znano od dawna. Dowód na istnienie także pośrednich dziur byłby niemałą sensacją, gdyż wciąż nie wiemy, jak się takie rodzą.
Pewności jednak nie było, bo istniała możliwość, że jest to... polski pączek. Cóż to takiego? To maleńka czarna dziura, którą otacza bardzo gruby i gęsty obłok spadającej materii. Promieniowanie rentgenowskie przedziera się przez ten obłok tylko dwoma wąskimi strumieniami wzdłuż osi rotacji czarnej dziury. Jeśli jednak taki skoncentrowany strumień przez przypadek celuje w Ziemię, to może nas zmylić. Będziemy podejrzewać, że to silne promieniowanie ogromnej czarnej dziury o masie setek lub tysiąca słońc.
Nazwę "polski pączek" (Polish Doughnut) dla grubych dysków akrecyjnych wprowadził sir Martin Rees z Cambridge (dziś nosi tytuł królewskiego astronoma), bo taki scenariusz opracowali teoretycznie w latach 80. w Warszawie prof. Bohdan Paczyński i kilku jego współpracowników - Michał Jaroszyński, Marek Sikora, Maciek Kozłowski i Marek Abramowicz.
Dziury grają kwintę
Zagadkę mógłby rozstrzygnąć tylko pomiar masy czarnej dziury. Niestety, zmierzenie masy obiektu w galaktyce odległej o 12 mln lat świetlnych, który daje o sobie znać tylko za pomocą promieniowania rentgenowskiego, wydawało się marzeniem ściętej głowy. I pozostałoby w sferze marzeń, gdyby nie pomysł, na jaki wpadło dwóch polskich astrofizyków - prof. Marek Abramowicz (Uniwersytet w Goeteborgu i Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika w Warszawie) i Włodek Kluźniak (Centrum Astronomiczne PAN im. Mikołaja Kopernika w Warszawie) - oraz ich amerykańscy koledzy Jeffrey McClintock z Harvardu i Ronald Remillard z MIT.
Pomysł opierał się na tym, że kilku czarnym dziurom znacznie nam bliższym, znajdującym się w naszej Drodze Mlecznej, w sposób bezsporny zmierzono masę. Co więcej, astrofizycy zauważyli, że promieniowanie emitowane przez te czarne dziury pulsuje z charakterystyczną częstotliwością. Gdyby to były fale akustyczne, to te czarne dziury wygrywałyby dwa tony - nieprzypadkowe, bo we wszystkich analizowanych przypadkach współbrzmiały one w konsonansie zwanym w muzyce kwintą, tj. stosunek ich częstości był równy 3:2.
Co istotne, częstotliwość tych tonów była odwrotnie proporcjonalna do masy czarnej dziury. Im więc dziura większa, tym niższe tony.
Z tego faktu właśnie zrodził się następujący zamysł: gdyby udało się w przyszłości odkryć pulsujące promieniowanie rentgenowskie, w którym są dwa tony współbrzmiące jak kwinta, to by znaczyło, że trafiliśmy na czarną dziurę, a co więcej - z pomiaru częstotliwości moglibyśmy określić jej masę.
- Każdy dzień zaczynam od sprawdzenia na internetowym portalu
http://arxiv.org, czy ktoś nie donosi o takim właśnie odkryciu - mówił nam 10 lat temu prof. Abramowicz.
Trzy tygodnie temu jego cierpliwość została wreszcie nagrodzona - Amerykanie przeanalizowali dane z satelity RXTE i odkryli "kwintę" w promieniowaniu dobiegającym z galaktyki Cygaro.
Prof. Abramowicz napisał do mnie wtedy podekscytowany z konferencji w Pekinie: "Czy wie Pan, że dostęp do Wyborczej w chińskim internecie jest zablokowany?", zaraz potem dodając: "Wygląda na to, że udało się zrobić to, co sugerowaliśmy przed laty, i znaleźć czarną dziurę o pośredniej masie 400 mas Słońca".
Czarna dziura na bas i perkusję
Pozostaje pytanie: co takiego drga i oscyluje w tej czarnej dziurze? Co jest źródłem kwinty?
Prof. Włodek Kluźniak nie ma wątpliwości, że to są tzw. drgania własne "dysku" akrecyjnego. Jak napisał nam w e-mailu: "Nie ma powszechnie przyjętej teorii, choć my mamy swój model, uważamy, że stosunek 3:2 jest wynikiem (nieliniowego) rezonansu".
Mniej pewny jest prof. Abramowicz. W naszym najnowszym "Magazynie Świątecznym" wspomniał o tym w swoim pięknym eseju, inspirowanym filmem "Wielkie piękno" Paola Sorrentino:
"Od z górą dekady próbuję wyjaśnić zagadkowe obserwacje szybkich i regularnych wibracji promieniowania rentgenowskiego pochodzącego z bezpośredniego otoczenia masywnych czarnych dziur. Wibracje rejestrują teleskopy umieszczone na sztucznych satelitach krążących ponad atmosferą Ziemi. Nie potrafię pokonać matematycznych trudności (nikt na razie nie potrafi), aby odpowiedzieć na najbardziej oczywiste pytanie: co właściwie tam wibruje?"
Tak czy inaczej, niezależnie od tego, co wibruje, wiemy, jaki jest tego efekt - a dzięki zespołowi rockowemu BETATEST z Zielonej Góry możemy to nawet usłyszeć! Muzycy zabawili się bowiem z tymi kosmicznymi dźwiękami i zrobili utwór muzyczny na bas i perkusję, dostrajając (a raczej odstrajając) bas do odpowiednich częstotliwości czarnych dziur:
klip muzyczny poprzedzony jest krótkim wstępem prof. Janusza Gila, dyrektora Centrum Astronomii Uniwersytetu Zielonogórskiego
http://wyborcza.pl/1,75476,16601124,W_g ... udaje.html