W rentgenowskich układach podwójnych czarna dziura – masywna gwiazda wieją wiatry gwiazdowe, które mogą tworzyć dyski akrecyjne wokół czarnych dziur.
Pierwsze dowody na istnienie czarnych dziur znaleziono w latach 60. XX wieku, kiedy to wykryto silne promieniowanie rentgenowskie z układu zwanego Cygnus-X1. W tym układzie czarna dziura jest okrążana przez masywną gwiazdę wiejącą niezwykle silnym wiatrem gwiazdowym, ponad 10 mln razy silniejszym niż ten od Słońca. Część gazu w tym wietrze jest grawitacyjnie przyciągana w kierunku czarnej dziury, tworząc dysk akrecyjny emitujący silne promieniowanie X, które astronomowie obserwują. Takie układy z czarną dziurą i masywną gwiazdą nazywane są rentgenowskimi układami podwójnymi o dużej masie i są bardzo pomocne w zrozumieniu natury czarnych dziur.
Po prawie 60. latach od pierwszego odkrycia, wykryto zaledwie kilka podobnych rentgenowskich układów podwójnych o dużej masie. Oczekiwano, że będzie ich o wiele więcej, szczególnie biorąc pod uwagę fakt, że w ciągu ostatnich kilku lat, za pomocą fal grawitacyjnych, odkryto wiele podwójnych czarnych dziur. W naszej Galaktyce odkryto również wiele układów podwójnych, które w przyszłości mogą stać się rentgenowskimi układami podwójnymi o dużej masie. Widzimy więc wiele zarówno poprzedników, jak i potomków, ale gdzie kryją się same wysokomasywne rentgenowskie układy podwójne?
Jedno z wyjaśnień mówi, że nawet jeżeli czarna dziura jest okrążana przez masywną gwiazdę wiejącą silnym wiatrem, nie zawsze emituje ona promieniowanie X. Aby emitować takie promieniowanie, czarna dziura musi utworzyć dysk akrecyjny, w którym gaz wiruje wokół i staje się gorącym zanim wpadnie do środka. Aby utworzyć dysk akrecyjny, spadający gaz potrzebuje momentu pędu, tak aby wszystkie jego cząsteczki mogły obracać się wokół czarnej dziury w tym samym kierunku. Jednak, jak się okazuje, w rentgenowskich układach podwójnych o dużej masie trudno jest uzyskać wystarczający moment pędu gazu opadającego na czarną dziurę. Uważa się, że dzieje się tak dlatego, że wiatr zwykle wieje symetrycznie, więc prawie taka sama ilość gazu przepływa obok czarnej dziury zarówno zgodnie jak i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. W rezultacie, gaz może wpadać bezpośrednio do czarnej dziury bez tworzenia dysku akrecyjnego, więc czarna dziura jest prawie niewidoczna.
Ale jeżeli jest to prawda, to dlaczego w ogóle widzimy jakiekolwiek rentgenowskie układy podwójne? W swojej pracy naukowcy rozwiązali równania ruchu dla wiatrów gwiazdowych i odkryli, że nie wieje on symetrycznie, gdy czarna dziura jest wystarczająco blisko gwiazdy. Wiatr wieje z mniejszą prędkością w kierunku do i od czarnej dziury, ze względu na działanie sił pływowych. Z powodu tego załamania symetrii w wietrze, gaz może mieć teraz duży moment pędu, wystarczający do uformowania dysku akrecyjnego wokół czarnej dziury i świecenia w promieniach rentgenowskich. Warunki konieczne do zaistnienia takiej asymetrii są dość surowe, więc tylko niewielka część układów podwójnych czarna dziura – masywna gwiazd będzie mogła zostać zaobserwowana.
Ich model wyjaśnia, dlaczego istnieje tylko niewielka liczba wykrytych rentgenowskich układów podwójnych o dużej masie, ale jest to dopiero pierwszy krok w zrozumieniu asymetrycznych wiatrów gwiazdowych. Badając ten model dalej, być może naukowcy będą w stanie rozwiązać wiele tajemnic rentgenowskich układów podwójnych o dużej masie.
Więcej informacji:
How Stellar Winds Can Create Discs Around Black Holes
Źródło: OzGrav
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Wizja artystyczna Cygnus-X1. Źródło: Mark Myers, OzGrav-Swinburne University
