Przejdź do treści

Odkryto stałe wiatry w podczerwieni powstałe podczas erupcji czarnej dziury o masie gwiazdowej

Wizja artystyczna stałej emisji wiatrów powstałych podczas erupcji czarnej dziury w rentgenowskim układzie podwójnym.

Zespół naukowców po raz pierwszy wykrył stałą emisję podczerwieni z wiatrów powstałych podczas erupcji czarnej dziury w rentgenowskim układzie podwójnym. Do tej pory te przepływy materii były wykrywane tylko w innych zakresach długości fal, takich jak promieniowanie rentgenowskie lub widzialne, w zależności od fazy, w której czarna dziura konsumuje otaczającą ją materię. Badanie to stanowi pierwszy dowód na to, że wiatry są obecne podczas ewolucji erupcji, niezależnie od fazy. To krok naprzód w rozumieniu tajemniczych procesów akrecji na czarne dziury o masach gwiazdowych.

Rentgenowskie układy podwójne, jak sugeruje ich nazwa, są gwiazdami podwójnymi, które emitują promieniowanie rentgenowskie. Tworzy je zwarty obiekt, zwykle czarna dziura, z gwiezdnym towarzyszem. Małomasywne rentgenowskie układy podwójne mają towarzyszy o masach równych lub mniejszych od Słońca. W tych układach obydwa ciała krążą w tak małej odległości, że część masy gwiazdy wpada do studni grawitacyjnej czarnej dziury, tworząc wokół niej płaski dysk materii. Proces ten nazywa się akrecją, a dysk – akrecyjnym.

Niektóre rentgenowskie układy podwójne, określane jako przejściowe, przeszły ze stanów spoczynkowych, w których ilość masy opadającej na czarną dziurę jest niewielka, a jej jasność jest zbyt niska, aby wykryć ją z Ziemi, do stanów erupcyjnych, w których czarna dziura ma zwiększoną szybkość akrecji, tak że materia w dysku nagrzewa się, osiągając wartości od jednego do dziesięciu milionów kelwinów. Podczas tych erupcji, które mogą trwać od kilku tygodni do kilku miesięcy, układ emituje duży strumień promieni rentgenowskich, a jego jasność wzrasta o kilka wielkości.

Nadal nie wiemy, jakie są fizyczne procesy zachodzące podczas tych epizodów akrecji. – Układy te są miejscami, w których materia poddawana jest działaniu pól grawitacyjnych należących do najsilniejszych we Wszechświecie, tak więc rentgenowskie układy podwójne są laboratoriami fizycznymi, które natura zapewnia nam do badania zwartych obiektów oraz zachowania otaczającej je materii – wyjaśnia  Javier Sánchez Sierras, badacz w hiszpańskim Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) i pierwszy autor artykułu.

Jednym z najważniejszych procesów fizycznych, które naukowcy muszą zrozumieć, jest wyrzucanie materii lub wiatrów podczas epizodów akrecji. Teo Muñoz Darias, badacz IAC i współautor artykułu, wskazuje: – Badanie wiatrów w tych układach jest kluczem do zrozumienia procesów akrecji, ponieważ wiatry mogą usuwać nawet więcej materii, niż akreuje czarna dziura.

Ten sam wiatr, różne stany
Artykuł, który niedawno ukazał się w "Astronomy and Astrophysics Letters", przedstawia odkrycie wiatrów w podczerwieni z czarnej dziury MAXI J1820+070, emitowanych podczas erupcji, która miała miejsce w latach 2018–2019. W ciągu ostatnich dwudziestu lat obserwowano wiatry w promieniach X podczas erupcji, określane jako miękkie, w których dominuje promieniowanie emitowane przez dysk akrecyjny, wykazujące wysoką jasność. Niedawno ta sama grupa z IAC odkryła wiatry na widzialnych długościach fal w twardym stanie akrecji charakteryzujący się swoim wyglądem przypominającym dżet, który wychodzi zasadniczo prostopadle do dysku akrecyjnego i silnie emituje na falach radiowych.

Jak podkreśla Sánchez Sierras: – Wykazaliśmy odkrycie wiatrów podczerwonych, które obecnie są zarówno w stanie twardej, jak i miękkiej akrecji, podczas pełnej ewolucji erupcji, tak że ich obecność nie zależy od stanu akrecji. To pierwszy raz, kiedy tego typu wiatry są obserwowane. Naukowcom udało się także wykazać, że właściwości kinematyczne wiatru są bardzo zbliżone do obserwowanych w 2019 roku w zakresie widzialnym i osiągają prędkości dochodzące do 1800 km/s.

Dane sugerują, że wiatr jest taki sam w obu przypadkach, ale jego widoczność zmienia długość fali podczas ewolucji erupcji, co wskazywałoby, że układ w trakcie erupcji traci masę, a także moment pędu – wyjaśnia Muñoz Darias. Wyniki te są bardzo ważne dla naukowców, ponieważ dodają nowy element do globalnego obrazu wiatrów w tych układach i stanowią krok naprzód w kierunku pełnego zrozumienia procesów akrecji na czarne dziury o masach gwiazdowych.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej informacji:
Continuous infrared winds discovered during the eruption of a stellar mass black hole

Near-infrared emission lines trace the state-independent accretion disc wind of the black hole transient MAXI J1820+070

Źródło: IAC

Na ilustracji: Wizja artystyczna stałej emisji wiatrów powstałych podczas erupcji czarnej dziury w rentgenowskim układzie podwójnym. Źródło: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC).