Korona i dżety czarnej dziury
Jak pokazały badania, najpierw wokół horyzontu zdarzeń czarnej dziury z przyciąganego przez nią materiału powstaje struktura zwana koroną. Potem z biegunów korony wystrzeliwują potężne strumienie plazmy, wybijając materię z korony w przestrzeń międzygwiazdową – z prędkością bliską prędkości światła w próżni. Naukowcy pokazują ten proces do bicia serca – tak jak w sercu krew jest przepompowywana z lewej komory do aorty, tak wokół czarnej dziury materia przepompowywana jest z korony do dżetów.
„To wszystko brzmi logicznie, ale od dwudziestu lat toczy się debata, czy korona i dżety to po prostu to samo.”, wyjaśnił astrofizyk Mariano Mendez z Uniwersytetu w Groningen w Holandii. „Teraz widzimy, że powstają jeden po drugim, a dżety wypływają z korony.”
Mikrokwazar GRS 1951+105
Czarna dziura, która pozwoliła na wysnucie powyższych wniosków to GRS 1951+105, położona około 36 tysięcy lat świetlnych od Słońca. Tworzy ona tak zwanego mikrokwazara – ciasny układ podwójny z innym obiektem, którego materię przyciąga. Sama czarna dziura jest czarną dziurą o masie gwiazdowej, a jej towarzyszką jest gwiazda ciągu głównego.
To, co dzieje się w układzie GRS 1951+105, czyli przyciąganie materii gwiazdy przez czarną dziurę, dzieje się też w kwazarach, tylko na większą skalę. Kwazary to z kolei jądra galaktyk zawierające supermasywną czarną dziurę o masie od milionów do miliardów mas Słońca. Czarna dziura GRS 1951+105 ma tylko 12 mas Słońca. Mimo to jest jedną z najmasywniejszych znanych czarnych dziur o masie gwiazdowej w Drodze Mlecznej.
Proces przyciągania przez czarną dziurę materii innego obiektu generuje dużo światła, będącego rezultatem podgrzewania się tej materii, tworzącej dysk. Jedną ze struktur emitujących światło jest korona znajdująca się pomiędzy wewnętrzną krawędzią dysku akrecyjnego a horyzontem zdarzeń, w której elektrony są ekscytowane tak bardzo, że te świecą jasno w zakresie fal rentgenowskich. Drugim są dżety. Uważa się, że składają się one z materii przyspieszonej wzdłuż linii pola magnetycznego poza horyzontem zdarzeń czarnej dziury do biegunów, gdzie ta jest wystrzeliwana w kosmos z dużą prędkością, emitując światło z zakresu fal radiowych. Wszystko to jest jednak teorią. Przestrzeń wokół czarnych dziur jest tak ekstremalna, że trudno pojąć zachodzące tam procesy.
Proces, który pozwolił rozwiązać zagadkę
Mendez i jego współpracownicy chcieli się dowiedzieć więcej o tym, w jaki sposób powstają dżety czarnej dziury. Zgromadzili zatem dane rentgenowskie i radiowe dotyczące wspomnianego mikrokwazara zebrane w latach 1996-2012 i dokładnie przestudiowali je w poszukiwaniu wskazówek.
Badacze odkryli, że kiedy promieniowane rentgenowskie generowane przez czarną dziurę jest silne, promieniowanie jest słabe i na odwrót. Dowiedziano się również, że dżety przez nią wytwarzane są najsilniejsze wtedy, kiedy korona jest najmniejsza. Sugeruje to, że energia zasilająca układ mikrokwazara może być przekierowywana albo na koronę emitującą światło rentgenowskie, albo na relatywistyczne dżet. Po uwzględnieniu modeli fluktuacji światła w układzie naukowcy doszli do wniosku, że przynajmniej w przypadku GRS 1951+105 wydaje się, że korona zamienia się w dżet.
„Wykazanie tej sekwencyjnej natury było nie lada wyzwaniem.”, powiedział Mendez. „Musieliśmy porównać dane lat z danymi sekund, a także energii bardzo wysokich z bardzo niskimi.”
W przyszłości zespół naukowców spróbuje wyjaśnić pewne osobliwości, które ujawniły ich obserwacje. Stwierdzono na przykład, że korona jest jaśniejsza, niż sugerowałaby jej temperatura. Oznacza to, że w tej kwestii w grę może wchodzić jeszcze coś innego – być może pole magnetyczne.
Źródło: Astronomie, fot. tyt. Méndez et al.