Przejdź do treści

Gwałtowne rozbłyski w sercu czarnej dziury

img

Międzynarodowy zespół astronomów wykorzystał najnowocześniejsze kamery, aby stworzyć film o prędkości 300 klatek na sekundę przedstawiający rosnący układ czarnej dziury z niespotykaną dotąd szczegółowością. W trakcie tego procesu odkryli nowe wskazówki pozwalające zrozumieć bezpośrednie otoczenie tych zagadkowych obiektów.

Czarne dziury mogą karmić pobliską gwiazdę i tworzyć ogromne dyski akrecyjne. Tutaj wpływ silnej grawitacji czarnej dziury i własnego pola magnetycznego materii może spowodować gwałtowne zmieniający się poziom promieniowania emitowanego z układu jako całości.

Promieniowanie to zostało wykryte w świetle widzialnym przez instrument HiPERCAM Gran Telescopio Canarias (La Palma, Wyspy Kanaryjskie) oraz w promieniach X przez obserwatorium NICER na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Badany układ czarnej dziury nazywa się MAXI J1820+070 i został odkryty na początku 2018 roku. Znajduje się około 10 000 lat świetlnych stąd, w naszej własnej Drodze Mlecznej i ma masę ok. 7 słońc.

Badanie takich układów jest zwykle trudne, ponieważ ich odległości sprawiają, że są zbyt słabe i zbyt małe, aby je zobaczyć – nawet przy użyciu Teleskopu Horyzontu Zdarzeń, który niedawno wykonał obraz czarnej dziury w centrum galaktyki M87. Instrumenty HiPERCAM i NICER pozwalają jednak naukowcom tworzyć „filmy” zmieniającego się światła z układu z prędkością ponad 300 klatek na sekundę, rejestrując gwałtowne „pęknięcia” i „rozbłyski” światła widzialnego i rentgenowskiego.

John Paice z University of Southampton i Inter-University Centre for Astronomy & Astrophysics w Indiach był głównym autorem badania prezentującego te wyniki, a także artystą, który stworzył film. Wyjaśnił pracę w następujący sposób: „Film powstał przy użyciu realnych danych, ale został spowolniony do 1/10 rzeczywistej prędkości, aby ludzkie oko mogło rozpoznać najszybsze rozbłyski. Widzimy, jak materia wokół czarnej dziury jest tak jasna, że przyćmiewa gwiazdę, którą pochłania, a najszybsze migotanie trwa tylko kilka milisekund – to wydajność setek Słońc i więcej emitowana w okamgnieniu.”

Naukowcy odkryli również, że spadkom na poziomie promieni rentgenowskich towarzyszy wzrost światła widzialnego (i odwrotnie). Najszybsze błyski w świetle widzialnym pojawiły się ułamek sekundy po promieniach X. Takie wzory pośrednio ujawniają obecność wyraźnej plazmy.

Nie pierwszy raz znaleziono coś takiego; ułamek sekundy różnicy między promieniowaniem rentgenowskim a światłem widzialnym została zauważona w dwóch innych układach, w których znajdują się czarne dziury, ale nigdy nie zaobserwowano tego poziomu szczegółowości.

Dr Poshak Gandhi ze Southampton skomentował znaczenie tych odkryć: „Fakt, że widzimy to teraz w trzech układach, wzmacnia przekonanie, że jest to cecha jednocząca takie rosnące czarne dziury. Jeżeli to prawda, to musi nam powiedzieć coś fundamentalnego na temat działania plazmy wokół czarnej dziury.”

„Nasze najnowsze pomysły odwołują się do głębokiego związku między opadającymi po spirali a odpływającymi kawałkami plazmy. Ale są to ekstremalne warunki fizyczne, których nie możemy odtworzyć w laboratoriach na Ziemi i nie rozumiemy, jak natura tym zarządza. Takie dane będą miały kluczowe znaczenie dla prawidłowej teorii.”

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Violent flaring revealed at the heart of a black hole system

A Black Hole X-ray Binary at ∼100 Hz: Multiwavelength Timing of MAXI J1820+070 with HiPERCAM and NICER

Źródło: University of Southampton