Nowe badania dowodzą, że niezależnie od rozmiaru, wszystkie czarne dziury doświadczają podobnych cykli akrecji.
9 września 2018 roku astronomowie zauważyli błysk pochodzący z galaktyki oddalonej o 860 mln lat świetlnych. Jego źródłem była supermasywna czarna dziura o masie około 50 mln razy większej od Słońca. Zazwycaj spokojny, grawitacyjny olbrzym nagle się obudził, aby pożreć przechodzącą w pobliżu gwiazdę w rzadkim przykładzie znanym jako rozerwanie pływowe. Szczątki gwiazdy spadały w kierunku czarnej dziury i uwolniły przy tym ogromną ilość energii w postaci światła.
Naukowcy z MIT, Europejskiego Obserwatorium Południowego i innych instytucji użyli wielu teleskopów, aby obserwować to zdarzenie, nazwane AT2018fyk. Ku ich zaskoczeniu, zaobserwowali, że supermasywna czarna dziura pochłonęła gwiazdę i wykazała właściwości podobne do tych, które posiadają znacznie mniejsze czarne dziury o masie gwiazdowej.
Wyniki opublikowane 17 maja 2021 roku w czasopiśmie „Astrophysical Journal” sugerują, że akrecja, czyli sposób, w jaki czarne dziury ewoluują, jest niezależna od ich rozmiaru.
Gwiezdne przebudzenie
Kiedy małe czarne dziury o masie około 10 Słońc emitują rozbłyski światła, często jest to reakcja na napływ materii od gwiazdy towarzyszącej. Ten wybuch promieniowania zapoczątkował specyficzną ewolucję regionu wokół czarnej dziury. Ze stanu spoczynku czarna dziura przechodzi w fazę „miękką”, zdominowaną przez dysk akrecyjny, w której materia gwiazdy jest wciągana do czarnej dziury. Gdy ilość napływającej materii spada, następuje ponowne przejście do fazy „twardej”, w której rolę dysku przejmuje rozgrzana do białości korona. W końcu czarna dziura powraca do stabilnego stanu spoczynku, a cały cykl akrecji może trwać od kilku tygodni do kilku miesięcy.
Fizycy obserwowali ten charakterystyczny cykl akrecji w wielu czarnych dziurach o masie gwiazdowej przez kilka dekad. Jednak w przypadku supermasywnych czarnych dziur sądzono, że proces ten będzie trwał zbyt długo, aby go całkowicie uchwycić, ponieważ bardzo powoli akreują one gaz w centralnych regionach galaktyk.
Jednak cały ten proces przyspiesza, gdy czarna dziura doświadcza nagłego, ogromnego napływu materii np. podczas zaburzeń pływowych, kiedy gwiazda zbliża się na tyle, że czarna dziura może ją rozerwać na strzępy.
Cykl supermasywny
We wrześniu 2018 roku, All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN), odebrał sygnały o nagłym rozbłysku. Następnie naukowcy ustalili, że rozbłysk był wynikiem zdarzenia rozerwania pływowego z udziałem supermasywnej czarnej dziury, którą oznaczyli jako TDE AT2018fyk. Zespół naukowców był w stanie skierować w stronę układu wiele teleskopów, z których każdy został wytrenowany do mapowania różnych zakresów widma ultrafioletowego i rentgenowskiego.
Zespół zbierał dane przez dwa lata, korzystał z kosmicznych teleskopów rentgenowskich XMM-Newton i Chandra X-Ray Observatory, a także NICER, instrumentu monitorującego promieniowanie X na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, oraz obserwatorium Swift, wraz z radioteleskopami w Australii.
Naukowcy szacują, że czarna dziura zaburzyła funkcjonowanie gwiazdy o rozmiarach naszego Słońca. W procesie tym wygenerowała ogromny dysk akrecyjny, szeroki na około 12 mld km i wyemitowała gaz, którego temperaturę szacuje się na około 40 000 K. W miarę, jak dysk stawał się coraz słabszy i mniej jasny, korona zwartego, wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego przejęła rolę dominującej fazy wokół czarnej dziury, zanim ostatecznie zanikła.
Oprócz pokazania, że czarne dziury doświadczają akrecji w ten sam sposób, niezależnie od ich rozmiaru, wyniki te stanowią jedynie drugi przypadek uchwycenia przez naukowców procesu formowania się korony od początku do końca.
Więcej informacji:
- Supermassive black holes devour gas just like their petite counterparts
- Rapid accretion state transitions following the tidal disruption event AT2018fyk
Źródło: MIT
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Wizja artystyczna czarnej dziury pochłaniającej gwiazdę. Źródło: NASA/JPL-Caltech
