Rotująca czarna dziura rozsiewa obłoki plazmy po swoim otoczeniu

Astronomowie odkryli szybko rotujące dżety emitowane przez czarną dziurę niemal 8000 lat świetlnych od Ziemi.

Opublikowane dzisiaj w Nature wyniki badań wskazują, że dżety emitowane przez czarną dziurę V404 Cygni zachowują się w sposób nigdy wcześniej nieobserwowany w tak krótkiej skali czasowej.

Dżety wydają się szybko rotować, a obłoki plazmy emitowane są z czarnej dziury w różnych kierunkach w odstępach zaledwie minut od siebie.

Prof. James Miller-Janes z Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) przypomina, że czarne dziury to jedne z najbardziej ekstremalnych obiektów we wszechświecie.

“To jedna z najbardziej osobliwych czarnych dziur jaką kiedykolwiek widziałem” dodaje Miller-Jones.

“Tak jak wiele czarnych dziur, karmi się ona pobliską gwiazdą, ściągając gaz z powierzchni gwiazdy i tworząc z niego dysk materii otaczający czarną dziurę i po spirali opadający na nią pod wpływem grawitacji”.

“Jednak w przypadku V404 Cygni przypuszczamy, że dysk materii i czarna dziura nie są współosiowe. Przez to wewnętrzna część dysku waha się niczym nakręcony bąk, i emituje dżety w różnych kierunkach gdy tylko zmienia orientację”.

Wizja artystyczna przedstawiająca układ V404 Cygni. Układ składa się z normalnej gwiazdy i czarnej dziury. Materia z gwiazdy opada na czarną dziurę po spirali w dysku akrecyjnym, a silne dżety emitowane są z wewnętrznych obszarów dysku w pobliżu czarnej dziury. Źródło: ICRAR

V404 Cygni po raz pierwszy zidentyfikowano jako czarną dziurę w 1989 roku, gdy doszło do potężnego rozbłysku dżetów i promieniowania.

Astronomowie przeglądający archiwalne płyty fotograficzne odkryli wcześniejsze rozbłyski w obserwacjach z 1938 i 1956 roku.

Prof. Miller Jones dodaje, że gdy V404 Cygni doświadczył kolejnego, bardzo jasnego, trwającego dwa tygodnie, rozbłysku w 2015 roku, teleskopy na całym świecie uważnie go obserwowały.

“Wszyscy rzuciliśmy się z teleskopami na ten rozbłysk” dodaje. “Dzięki temu mamy fantastyczny zestaw danych”.

Gdy prof. Miller-Jones i jego zespół badali czarną dziurę, dostrzegli, że jej dżety zachowują się w nietypowy sposób.

Choć zazwyczaj dżety emitowane są prosto z biegunów czarnej dziury, te konkretne dżety emitowane były w różnych kierunkach w różnych momentach czasu.

Wizja artystyczna przedstawiająca emisję dżetów z V404 Cygni. Dzięki radioteleskopom obserwujemy pojedyncze jasne obłoki plazmy wyrzucone z wewnętrznych rejonów otoczenia czarnej dziury. Źródło: ICRAR

Co więcej, dżety zmieniały kierunek bardzo szybko – w czasie krótszym niż kilka godzin.

Według prof. Miller-Jonesa zmiany ruchu dżetów spowodowane są przez dysk akrecyjny – rotujący dysk materii otaczający czarną dziurę.

Dysk akrecyjny wokół V404 Cygni ma średnicę 10 milionów kilometrów, i wewnętrzne kilka tysięcy kilometrów jest rozdęte i waha się w trakcie jasnych rozbłysków.

“Wewnętrzna część dysku akrecyjnego doświadcza precesji i ciągnie za sobą dżety” mówi prof. Miller-Jones.

“Można sobie ten ruch wyobrazić jak ruch kołowy nakręconego bąka – tyle że w tym przypadku za wahania odpowiada ogólna teoria względności Einsteina”.

W ramach badań wykorzystano obserwacje za pomocą radioteleskopu VLBA składającego się z 10 anten rozmieszczonych w Stanach Zjednoczonych, od Wysp Dziewiczych po Hawaje.

Wizja artystyczna zakrzywionej czasoprzestrzeni wokół rotującej czarnej dziury. Źródło: ICRAR

“Zazwyczaj radioteleskopy tworzą pojedyncze zdjęcie na podstawie kilku godzin obserwacji” mówi Alex Tetarenko z Obserwatorium Wschodnioazjatyckiego. “Jednak te dżety zmieniały kierunek tak szybko, że na zdjęciu wykonywanym cztery godziny widzieliśmy jedynie mgłę”.

“Przypominało to wykonywanie zdjęcia wodospadu z jednosekundową ekspozycją. Dlatego też badacze stworzyli 103 pojedyncze zdjęcia z czasem ekspozycji około 70 sekund i połączyli je w krótki film.

Dopiero w ten sposób badacze byli w stanie zobaczyć te zmiany zachodzące w bardzo krótkich odstępach czasu” dodaje dr Tetarenko.

“Za każdym razem kiedy mamy do czynienia z niewspółosiowością osi rotacji czarnej dziury i materii opadającej na nią, powinniśmy widzieć coś takiego gdy czarna dziura zaczyna intensywnie pochłaniać materię” dodaje dr Gemma Anderson z ICRAR.

Źródło: ICRAR

Author: Radek Kosarzycki

Niedoszły astronom. Prawie filolog. Aspołeczny popularyzator nauki. Kulturalny cham.