Brytyjski zespół astronomów informuje o wykryciu materii wpadającej do czarnej dziury z prędkością 30% prędkości światła. Obiekt znajduje się w centrum odległej o miliard lat galaktyki PG211+143. Astronomowie, pod kierownictwem Kena Poundsa z Uniwersytetu w Leicester wykorzystali dane z XMM-Newton do obserwacji czarnej dziury.
Czarne dziury są obiektami o tak silnym polu grawitacyjnym, że nawet światło nie porusza się wystarczająco szybko, aby uciec – stąd określenie „czarne”. Są bardzo ważne w astronomii, ponieważ oferują najbardziej efektywny sposób wydobywania energii z materii. Bezpośrednim rezultatem jest to, że opadanie gazu – akrecja – na czarne dziury musi napędzać najbardziej energetyczne zjawiska we Wszechświecie. Centrum niemal każdej galaktyki zawiera supermasywną czarną dziurę o masie od milionów do miliardów mas Słońca. Przy wystarczającej ilości materii wpadającej do czarnej dziury może ona zacząć świecić jako kwazar lub aktywne jądro galaktyczne (active galactic nucleus – AGN).
Jednak czarne dziury są tak zwarte, że gaz prawie zawsze rotuje zbyt mocno, by opadać na nią bezpośrednio. Zamiast tego krąży wokół czarnej dziury, stopniowo zbliżając się do dysku akrecyjnego. Gdy gaz opada po spirali do wnętrza, porusza się coraz szybciej i staje się gorący i świecący, zamieniając energię grawitacyjną w promieniowanie obserwowane przez astronomów. Zakłada się, że orbita gazu wokół czarnej dziury jest wyrównana z rotacją czarnej dziury, jednak nie ma żadnego powodu, aby tak się działo.
Do tej pory nie było jasne, w jaki sposób nierównomierna rotacja może wpłynąć na zapadanie się gazu. Jest to szczególnie istotne w przypadku supermasywnych czarnych dziur, ponieważ materia (międzygwiezdne obłoki gazu a nawet pojedyncze gwiazdy) może opadać z dowolnego kierunku. Wykorzystując dane z XMM-Newton, prof. Pounds i jego współpracownicy przeanalizowali widma rentgenowskie z galaktyki PG211+143. Obiekt ten znajduje się w odległości ponad miliarda lat świetlnych stąd w kierunku gwiazdozbioru Warkocz Bereniki i jest galaktyką Seyferta charakteryzującą się bardzo jasnym ANG wynikającą z obecności supermasywnej czarnej dziury w jej wnętrzu.
Naukowcy stwierdzili, że widma są mocno przesunięte ku czerwieni, co pokazuje, że obserwowana materia opadła na czarną dziurę z ogromną prędkością 30% prędkości światła (ok. 100 000 km/s). Gaz prawie nie rotuje wokół czarnej dziury i jest wykrywany bardzo blisko niej, w odległości zaledwie dwudziestokrotnie większej niż jej rozmiar. Obserwacja ta jest zgodna z ostatnimi pracami teoretycznymi. Ta praca pokazała, że pierścienie gazu mogą się oderwać i zderzać ze sobą, eliminując ich rotację i pozostawiając gaz, by spadł bezpośrednio w kierunku czarnej dziury.
Profesor Pounds powiedział: Galaktyka, którą obserwowaliśmy przy użyciu instrumentu XMM-Newton, posiada czarną dziurę o masie 40 milionów Słońc, która jest bardzo jasna i najwyraźniej „dobrze odżywiona”. Rzeczywiście, jakieś 15 lat temu wykryliśmy silny wiatr wskazujący, że czarna dziura była nadmiernie karmiona. Przez około dzień byliśmy w stanie śledzić obłok materii rozmiaru Ziemi, gdyż została ona pociągnięta w kierunku czarnej dziury, przyspieszając do jednej trzeciej prędkości światła, zanim zostanie pochłonięta przez czarną dziurę.
Kolejną implikacją nowego badania jest to, że „chaotyczna akrecja” z niewyrównanych dysków prawdopodobnie będzie powszechna w przypadku supermasywnych czarnych dziur. Takie czarne dziury wirowałyby dość wolno, będąc w stanie przyjąć znacznie więcej gazu i szybciej zwiększać masę, niż się powszechnie uważa; wyjaśniałoby to, dlaczego czarne dziury, które powstały we wczesnym Wszechświecie, szybko uzyskały bardzo dużą masę.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej:
Matter falling into a black hole at 30 percent of the speed of light
Źródło: Royal Astronomical Society
Na zdjęciu: Charakterystyczna struktura dysku z symulacji niewyrównanego dysku wokół wirującej czarnej dziury. Źródło: K. Pounds et al. / University of Leicester
