Nowe badania wykazały, że potężne strumienie wiatru wydobywające się z czarnej dziury powstają dopiero po wytworzeniu przez nią gorącej zewnętrznej warstwy plazmy, zwanej koroną. Naukowcy obserwowali zachowanie czarnej dziury w naszej Galaktyce i opracowali wykres kosmicznego echokardiogramu pokazujący jej „bicie serca”.
Zespół astronomów opublikował swoje wyniki w czasopiśmie Nature Astronomy.
Tak jak krew w ludzkim sercu nie może być jednocześnie w przedsionku i komorze, tak samo czarna dziura wydaje się najpierw zbierać materię i podgrzewać ją w tzw. koronie, a dopiero potem wyrzucać ją w strumieniach.
Brzmi to logicznie, ale przez dwadzieścia lat toczyła się dyskusja, czy korona i strumień to po prostu to samo. Teraz widzimy, że powstają one jeden po drugim i że strumień jest następstwem korony – mówi główny badacz Mariano Méndez z Uniwersytetu w Groningen.
Wykazanie tej sekwencji było nie lada wyzwaniem. Musieliśmy porównać dane dotyczące lat z danymi dotyczącymi sekund, a dane dotyczące wysokich energii z danymi dotyczącymi bardzo niskich energii – dodaje Méndez.
15 lat danych
Naukowcy zebrali dane z 15 lat pochodzące z kilku teleskopów. Między innymi co około trzy dni kierowali na czarną dziurę GRS 1915+105 kosmiczny teleskop Rossi X-ray Timing Explorer, który zbierał wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie z korony. Astronomowie połączyli dane rentgenowskie z danymi z radioteleskopu Ryle'a. Jest to zespół anten radiowych znajdujących się około dziewięćdziesiąt kilometrów na północ od Londynu, które niemal codziennie zbierają niskoenergetyczne promieniowanie radiowe ze strumieni czarnych dziur.
Czasem potrzebujemy wielu lat regularnych obserwacji, aby nauczyć się fundamentalnej fizyki. To jeden z tych przypadków, kiedy musieliśmy połączyć dane z 15 lat z teleskopów naziemnych i kosmicznych, aby zrozumieć, w jaki sposób czarna dziura oddziałuje ze swoim otoczeniem – powiedział współautor pracy dr Diego Altamirano z Uniwersytetu w Southampton.
Czarna dziura GRS 1915+105 nie jest samotną czarną dziurą, lecz układem podwójnym składającym się z czarnej dziury i normalnej gwiazdy, które wzajemnie się okrążają. Ten układ podwójny znajduje się w naszej Drodze Mlecznej, w odległości około 36 000 lat świetlnych od Ziemi. Czarna dziura ma masę około 12 mas Słońca, co czyni ją jedną z najcięższych znanych gwiazdowych czarnych dziur.
To samo może dziać się w centrum Drogi Mlecznej
Teraz, gdy naukowcy udowodnili istnienie tej sekwencji, nadal pozostaje kilka pytań bez odpowiedzi. Na przykład promieniowanie rentgenowskie, które teleskopy zbierają z korony, zawiera więcej energii, niż można wyjaśnić samą temperaturą korony. Naukowcy podejrzewają, że dodatkowej energii dostarcza pole magnetyczne pochodzące z dysku akrecyjnego. To pole magnetyczne i towarzysząca mu energia mogłyby również wyjaśnić, dlaczego powstają strumienie. Jeżeli pole magnetyczne działa w sposób chaotyczny, korona nagrzewa się. Jeżeli pole magnetyczne stanie się bardziej uporządkowane, materia może uciec przez linie pola do strumienia.
Naukowcy sugerują, że zademonstrowana przez nich zasada może mieć zastosowanie także do cięższych czarnych dziur w centrum naszej Galaktyki.
Więcej informacji:
Astronomers take heartbeat of black hole
Coupling between the accreting corona and the relativistic jet in the microquasar GRS 1915+105
Źródło: Southampton University
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Na ilustracji: (Po lewej) Duża korona wokół czarnej dziury. (Po prawej) Mniejsza korona, gdy strumienie wydostają się na zewnątrz. Źródło: Mendez i inni.
