Przejdź do treści

Rotująca czarna dziura powoduje wyrzuty plazmy w swoim otoczeniu

img

Dane z obserwatorium INTEGRAL pomogły rzucić światło na działanie tajemniczej czarnej dziury rozsiewającej „kule” plazmy podczas jej wirowania w przestrzeni.

Czarna dziura jest częścią układu podwójnego znanego jako V404 Cygni i pochłania materię ze swojego gwiezdnego towarzysza. Znajduje się w naszej Drodze Mlecznej w odległości ok. 8000 lat świetlnych od Ziemi. Po raz pierwszy została zidentyfikowana w 1989 roku, kiedy spowodowała ogromny wybuch materii i wysokoenergetycznego promieniowania.

Po 26 latach uśpienia, ponownie obudziła się w 2015 roku, stając się na krótko najjaśniejszym obiektem na niebie obserwowanym w promieniowaniu rentgenowskim o wysokiej energii.

Astronomowie na całym świecie skierowali naziemne teleskopy w jej stronę i odkryli, że czarna dziura zachowuje się nieco dziwnie.

Nowe badanie, oparte na danych zebranych podczas zdarzenia w 2015 r. ujawniło wewnętrzne działanie tego kosmicznego potwora. Wyniki zostały przedstawione w czasopiśmie Nature.

„Podczas wybuchu zaobserwowaliśmy szczegóły wypuszczenia dżetu, gdy materia jest wyrzucana z bardzo dużą prędkością z okolic czarnej dziury. Widzimy strumienie wystrzeliwujące w różnych kierunkach w czasie krótszym, niż godzina, co oznacza, że wewnętrzne obszary układu rotują dość szybko” – mówi Simone Migliari, astrofizyk z ESA, który jest współautorem artykułu.

Zwykle astronomowie widzą dżety strzelające prosto z biegunów czarnych dziur, prostopadle do otaczającego je dysku materii, która jest pobierana od gwiezdnego towarzysza.

Wcześniej obserwowano tylko jedną czarną dziurę z rotującym strumieniem. Wirował jednak znacznie wolniej, z okresem około 6 miesięcy.

Astronomowie mogli obserwować dżety V404 Cygni na falach radiowych za pomocą teleskopów takich jak np. Very Long Baseline Array w USA.

Tymczasem, dane z INTEGRAL i innych kosmicznych obserwatoriów pomogły im rozszyfrować to, co działo się w tym samym czasie w wewnętrznym obszarze dysku akrecyjnego szerokiego na 10 mln km. Było to ważne, ponieważ to mechanika dysku powoduje dziwne zachowanie dżetu.

Podczas wybuchu duża ilość otaczającej materii od razu wpada do czarnej dziury, chwilowo zwiększając szybkość akrecji materii dysku w kierunku czarnej dziury i wywołując nagły przypływ energii. Było to zaobserwowane przez INTEGRAL jako nagły wzrost emisji promieniowania rentgenowskiego.

Obserwacje INTEGRAL zostały wykorzystane do oszacowania energii i geometrii akrecji na czarnej dziurze, co z kolei miało kluczowe znaczenie dla zrozumienia związku między narastającą i odpływającą materią, aby stworzyć pełen obraz sytuacji.

Dzięki INTEGRAL astronomowie mogli badać nieprzerwanie V404 Cygni przez cztery tygodnie. 

„Dane rentgenowskie wspierają model, w którym wewnętrzna część dysku akrecyjnego jest przechylona w stosunku do reszty układu, najprawdopodobniej z powodu wirowania czarnej dziury nachylonej względem orbity gwiazdy towarzyszącej” – wyjaśnia Simone.

Naukowcy badali, co spowodowało to dziwne odchylenie. Jedna z możliwości jest taka, że oś rotacji czarnej dziury mogła zostać przechylona przez „kopnięcie” otrzymane podczas wybuchu supernowej, który ją wywołał.

„Wyniki pasowałyby do symulacji komputerowych, w których przepływ akrecyjny w pobliżu czarnej dziury i dżetów mogą wirować razem” – mówi Erik Kuulkers, INTEGRAL Project Scientist w ESA.

„Powinniśmy spodziewać się podobnej dynamiki w każdej silnie akreującej czarnej dziurze, w której spin nie jest dopasowany do napływającego gazu, i będziemy musieli wziąć pod uwagę różne kąty nachylenia dżetu podczas interpretacji obserwacji czarnych dziur w całym Wszechświecie.”

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
SCIENTISTS GET TO THE BOTTOM OF A 'SPITTING' BLACK HOLE

A rapidly changing jet orientation in the stellar-mass black-hole system V404 Cygni

Źródło: ESA

Na zdjęciu: Czarna dziura akreująca materię od gwiazdy towarzyszącej. Źródło: ICRAR