small pl CAMK logo

Zawartość wpisu

Data utworzena: ,   Data archiwum:

Wiatry wieją wokół czarnych dziur

Spadek materii na czarne dziury, zwany akrecją, wyzwala ogromne ilości energii grawitacyjnej. W rentgenowskich układach podwójnych, materia wysysana z gwiazdowego towarzysza przez przyciąganie grawitacyjne czarnej dziury, nie wpada do niej bezpośrednio, lecz krąży po orbitach w dysku akrecyjnym. Aby wpaść do czarnej dziury wyświecając przy tym swoją energię, materia w dysku musi zmniejszyć swój ruch obrotowy, określony wielkością zwaną momentem pędu. Od czasu do czasu, dysk podlega wybuchowi stając się jednym z najjaśniejszych źródeł rentgenowskich na niebie.

Wydajność mechanizmu odprowadzającego moment pędu w dyskach jest tradycyjnie mierzona przy pomocy parametru alfa. Profesor Józef Smak, z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN (CAMK PAN), już w 1999 roku wyznaczył alfę dla dysków wokół białych karłów w układach zwanych nowymi karłowatymi. Wartość 0,2, którą otrzymał, została później potwierdzona przez Iwonę Kotko (CAMK PAN) i Jean-Pierre'a Lasotę (CAMK PAN i Instytut Astrofizyki w Paryżu). Wraz z kolegami z Uniwersytetu w Santa Barbara wykazali, że wartość ta jest zgodna z przewidywaniami modelu niestabilności magneto-rotacyjnej, która jak się powszechnie uważa, jest źródłem mechanizmu napędzającego akrecję w dyskach. Wartość alfa w dyskach akrecyjnych wokół czarnych dziur nie była dotychczas wyznaczona i zakładano, że nie różni się zbytnio od tej w nowych karłowatych.

Bailey Tetarenko, Craig Heinke i Greg Sivakoff z Uniwersytetu Alberty w Edmonton, w Kanadzie, skompilowali bazę danych rentgenowskich z pięciu obserwatoriów orbitalnych, która pozwala odtworzyć z dużą dokładnością rentgenowskie krzywe zmian blasku wywołane przez wybuchy w dyskach wokół czarnych dziur. Wykorzystując model teoretyczny autorstwa Guillaume'a Dubusa (Obserwatorium w Grenoble) i Jean-Pierre'a Lasoty i stosując zaawansowane metody statystyczne do zbadania 21 wybuchów z 12 układów podwójnych, wykazali oni, że parametr alfa w dyskach wokół czarnych dziur zawarty jest w przedziale między 0,2 a 1. Są to wartości nie do pogodzenia z mechanizmem niestabilności magnetyczno-rotacyjnej i po raz pierwszy dowodzą istnienia w dyskach wokół czarnych dziur dodatkowego mechanizmu odprowadzania momentu pędu i materii z dysku: silnych wiatrów magnetycznych, które wieją przez cały czas trwania wybuchu. Należy jeszcze zrozumieć co wydmuchuje te wiatry.

B.E. Tetarenko, J.-P. Lasota, C. O. Heinke, G. Dubus & G. R. Sivakoff, “Strong disk winds traced throughout outbursts in black-hole X-ray binaries”, NATURE, publikacja internetowa 22 stycznia 2018; wersja drukowana 1 lutego 2018. (doi: 10.1038/nature25159).

Dane użyte w pracy pochodzą z pięciu obserwatoriów rentgenowskich: NASA’s Rossi X-ray Timing Explorer, Neil Gehrels Swift Observatory i Chandra X-Observatory, z Japońskiej Aerospace Exploration Agency’s Monitor of All-sky Image Telescope on the International Space Station i z European Space Agency's X-ray Multi-Mirror Mission (XMM-Newton). Praca ta skorzystała z grantów Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, National Science Foundation, OPUS Narodowego Centrum Nauki i Francuskiej Agencji Kosmicznej CNES.

Ilustracja: Wizja artystyczna silnego wiatru zaburzającego zewnętrzne obszary dysku z materii otaczajacej czarną dziurę. Materia dysku (kolor żółty) jest najpierw wyciągana z zewnętrznych warstw pobliskiej gwiazdy (u góry, po prawej stronie). Czarna dziura o masie gwiazdowej znajduje się w centrum dysku o rozmiarach 5 mln km. Pochłania ona materię wtedy i tylko wtedy gdy dociera ona do centralnych części dysku, o rozmiarach ok. 30 km. (NASA/Swift/A. Simmonet , Sonoma State University)

Archiwa


Kategorie