Badania przyniosły nowe wnioski na temat kosmicznej aury wokół podwójnej czarnej dziury
Czarne dziury są jedną z największych zagadek wszechświata, choć naukowcy nauczyli się, jak je wyśledzić. Można wyróżnić kilka postaci czarnych dziur: czarne dziury znajdujące się w układach podwójnych, będące zasadniczo martwymi reliktami masywnych gwiazd dziesięciokrotnie większych od Słońca, czy supermasywne czarne dziury znajdujące się w centrum galaktyk o masie od miliona do miliarda razy większej od masy naszej gwiazdy. Gaz orbitujący wokół czarnej dziury pełni funkcję rezerwuaru, który dzięki zjawisku akrecji zasila ją w materię. Takie grawitacyjne przyciąganie prowadzi do powstania dysku akrecyjnego. „Choć mechanizm akrecji występujący w układach podwójnych czarnych dziur jest zasadniczo taki sam, obiekty te charakteryzują się złożoną fenomenologią, która w dużym stopniu jest zależna od występowania danego stanu akrecji. Stany te mogą się znacząco różnić w zakresie ich jasności i właściwości spektralnych, ale mogą też mieć związek z pojawieniem się odpływu zjonizowanej materii, noszącego nazwę dżetów i wiatrów relatywistycznych”, wyjaśnia Barbara De Marco, koordynatorka projektu Bhmapping finansowanego z działania „Maria Skłodowska-Curie”. Badaczka dodaje: „Przyczyna zróżnicowania stanów akrecji jest nieznana, choć uważa się, że istotną rolę odgrywają różnice w zakresie geometrycznego rozkładu gazu w dysku akrecyjnym”.
Rzucenie światła na geometrię przepływu gazu
Badacze pracowali nad technikami mapowania i określenia geometrii gorącego, jarzącego się gazu przepływającego spiralnie do wnętrza czarnej dziury, pragnąc zrozumieć, jak stan akrecji wpływa na jej kształt. Przyglądali się również temu, czy i w jaki sposób rozkład materii płynącej do wnętrza przeplata się z dżetami cząsteczek wyrzucanymi z czarnej dziury z prędkością bliską prędkości światła. „Badacze już od dawna spekulują na temat zachowania się dysków akrecyjnych, a wyniki projektu pozwoliły im o wiele lepiej zrozumieć to zjawisko. Badacze zajęli się również zgłębianiem mechanizmów, jakie uruchamiają się w niektórych czarnych dziurach, które zasilają powstawanie i wyrzucanie dżetów relatywistycznych”, mówi De Marco. Wykorzystali oni innowacyjne techniki, dzięki którym udało im się pozyskać informacje spektralne i czasowe na temat strumieni promieniowania rentgenowskiego. „Długość fal promieniowania i rozkład amplitudy fal w czasie zależą od odległości od czarnej dziury. Nasze podejście umożliwia nam wykonywanie precyzyjnych badań tomograficznych, w ramach których wybieramy regiony leżące w różnej odległości o zmieniającej się w czasie amplitudzie strumienia”, wyjaśnia badaczka.
Poszukiwanie związku pomiędzy przepływami akrecyjnymi a dżetami relatywistycznymi
Zespół znalazł dowody na istnienie istotnych i ciągłych zmian w zakresie geometrii przepływów akrecyjnych występujących najbliżej wnętrza jako funkcji źródła stanu akrecji. Wykorzystując metodę mapowania pogłosu, badacze otrzymali dość długie czasy reakcji w stanach akrecji charakteryzujących się małą jasnością. Z kolei w przypadku zmiany źródła stanu akrecji (na bardziej jasne) zmierzone opóźnienie było mniejsze. Wyniki analizy pokazały również, że obszary położone bliżej czarnej dziury były wypełnione niehomogeniczną, niezwykle gorącą plazmą, będącą źródłem najbardziej energetycznych fotonów promieni X emitowanych przez podwójną czarną dziurę. Badacze ustalili moment, w którym dysk akrecyjny osiąga najmniejszą możliwą orbitę wokół podwójnej czarnej dziury i dostrzegli, że zjawisku temu towarzyszy jednoczesne wyrzucenie dżetu relatywistycznego. Wykorzystując zaawansowane techniki spektralno-czasowe oraz dane o promieniowaniu rentgenowskim o wysokiej jakości, zespół projektu Bhmapping znalazł wyraźny związek pomiędzy geometrią przepływu akrecyjnego a mechanizmem odpowiedzialnym za wyrzucenie dżetu relatywistycznego. Badacze przewidują, że ich podejście do badania przepływów akrecyjnych w ramach układów podwójnych czarnych dziur o różnej wielkości stanie się wkrótce rutynową metodą prowadzenia tego typu badań.
Słowa kluczowe
BHmapping, czarna dziura, dżet relatywistyczny, stan akrecji, dysk akrecyjny, geometria, przepływ akrecyjny, promieniowanie rentgenowskie
