Międzynarodowy zespół astronomów z Southampton, Oxfordu i Afryki Południowej wykrył bardzo gorący, gęsty wypływający wiatr w pobliżu czarnej dziury, co najmniej 25 000 lat świetlnych od Ziemi.
Główny badacz, prof. Phil Charles z University of Southampton wyjaśnił, że gaz (zjonizowany hel i wodór) emitowany był w seriach, które powtarzały się co 8 minut. Takie zachowanie zaobserwowano po raz pierwszy wokół czarnej dziury.
Obiektem, który badał zespół prof. Charlesa, był Swift J1357.2-0933, odkryty pierwotnie jako układ wykazujący gwałtowne wybuchy promieniowania X w 2011 roku. Wszystkie te układy składają się z gwiazdy o małej masie, podobnej do Słońca i zwartego obiektu, którym może być biały karzeł, gwiazda neutronowa lub czarna dziura. W tym przypadku Swift J1357.2-0933 jest układem podwójnym z czarną dziurą.
Materia z normalnej gwiazdy jest wciągana przez zwarty obiekt do dysku pomiędzy nimi. Ogromne wybuchy następują, gdy materia na dysku staje się gorąca i niestabilna i uwalnia duże ilości energii.
Profesor Charles powiedział: Szczególnie niezwykłe w tym układzie było to, że naziemne teleskopy ujawniły, że jego jasność optyczna wykazywała okresowe spadki na wyjściu oraz że okres tych spadków powoli zmieniający się co około 2–10 minut, i w momencie wybuchu ewoluowały. Tak dziwnego zachowania nie zaobserwowano w żadnym innym obiekcie. Przyczyna tych niezwykłych, szybkich spadków była gorącym tematem debaty naukowej od czasu ich odkrycia. Tak więc z wielkim podekscytowaniem astronomowie powitali drugi wybuch tego obiektu w połowie 2017 roku, co dało okazję do dokładniejszego zbadania tego dziwnego zachowania.
Profesor Charles i jego zespół uznali, że kluczem do otrzymania odpowiedzi będzie uzyskanie widm optycznych kilka razy podczas każdego cyklu spadkowego i zbadanie, w jaki sposób ich kolor zmieniał się z czasem. Ale przy obiekcie 10 000 razy słabszym niż najsłabsza gwiazda widoczna nieuzbrojonym okiem i okresie spadku wynoszącym zaledwie około 8 minut, wymagało to dużego teleskopu.
Wykorzystali więc SALT (Southern African Large Telescope), największy teleskop optyczny na półkuli południowej, dzięki któremu uzyskali ponad godzinę widm, z których jedno było pobierane przez 100 sekund.
Profesor Charles dodaje: Wyniki tych widm były oszałamiające. Wykazały absorpcję zjonizowanego helu, czego nigdy wcześniej nie widziano w takich układach. Oznacza to, że musi on być zarówno gęsty, jak i gorący – ok. 40 000 stopni. Co dziwniejsze, widmo zostało przesunięte w kierunku błękitu (efekt Dopplera), co wskazuje, że leciało w naszym kierunku z prędkością ok. 600 km/s. Ale to, co nas naprawdę zaskoczyło, to odkrycie, że widmo było widoczne tylko podczas spadków optycznych na krzywej zmian blasku.
Co ciekawe, nie ma zaćmień gwiazdy towarzyszącej obserwowanej w świetle widzialnym lub rentgenowskim, jak można by się spodziewać. To wyjaśnia, że jest ona bardzo mała i znajduje się w cieniu dysku. Wniosek ten wynika ze szczególnego teoretycznego modelowania wiatrów zdmuchiwanych z dysków akrecyjnych, które zostało przeprowadzone przez jednego z członków zespołu Jamesa Matthewsa z University of Oxford, z wykorzystaniem superkomputerów.
Obiekt ten ma niezwykłe właściwości wśród i tak już interesującej grupy obiektów, które mogą nas wiele nauczyć o punktach końcowych ewolucji gwiazd i powstawaniu obiektów zwartych. Wiemy już o kilkudziesięciu układach czarnych dziur w naszej galaktyce, z których wszystkie mają masy w zakresie 5–15 mas Słońca, gdzie pojedyncza czarna dziura w naszym centrum galaktycznym ma ok. 4 mln mas Słońca. Wszystkie one rosną dzięki akrecji materii. Wiemy również, że znaczna część materii akrecyjnej jest wydmuchiwana. Gdy ma to miejsce z supermasywnych czarnych dziur w centrach galaktyk, te potężne wiatry i dżety mogą mieć ogromny wpływ na resztę galaktyk.
Więcej:
Repeating outflows of hot wind found close to black hole
Hot, dense HeII outflows during the 2017 outburst of the X-ray transient Swift J1357.2-0933
Źródło: University of Southampton
Na zdjęciu: Ilustracja układu czarnej dziury badanej przez zespół. Źródło: John Paice.
