Astronomowie obserwują po raz pierwszy, jak korona czarnej dziury znika a następnie ponownie się pojawia

Zespół astronomów po raz pierwszy zaobserwował, jak korona supermasywnej czarnej dziury – bardzo jasny pierścień wysokoenergetycznych cząsteczek, który otacza horyzont zdarzeń czarnej dziury – została nagle zniszczona.

Przyczyna tej transformacji nie jest jasna, chociaż naukowcy przypuszczają, że źródłem nieszczęścia mogła być gwiazda złapana przez przyciąganie grawitacyjne czarnej dziury. Jak kamyk wrzucony do skrzyni biegów, gwiazda mogła odbijać się rykoszetem przez wirujący dysk materii otaczający czarną dziurę, co spowodowało, że wszystko w pobliżu, w tym wysokoenergetyczne cząsteczki korony, nagle wpadło do czarnej dziury.

Efektem, jaki zaobserwowali astronomowie, był gwałtowny i zaskakujący spadek jasności czarnej dziury o czynnik około 10 000 w ciągu zaledwie jednego roku.

„Spodziewamy się, że tak duże zmiany jasności powinny wystąpić w skali czasu od kilku tysięcy do milionów lat. Jednak w przypadku tego obiektu widzieliśmy, jak zmienił się o 10 000 w ciągu roku, a nawet i jak zmienił się stukrotnie w ciągu ośmiu godzin, co jest całkowicie niespotykane i naprawdę zadziwiające” – mówi Erin Kara, profesor fizyki na MIT.

Po zniknięciu korony astronomowie nadal obserwowali, jak czarna dziura powoli zbiera materię z jej zewnętrznych krawędzi aby odbudować swój wirujący dysk akrecyjny, który z kolei zaczął wytwarzać wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie w pobliżu horyzontu zdarzeń tej czarnej dziury. W ten sposób w ciągu zaledwie kilku miesięcy czarna dziura była w stanie wygenerować nową koronę, prawie z powrotem o swojej pierwotnej jasności.

„Wygląda na to, że po raz pierwszy widzieliśmy, jak korona najpierw znika, ale potem też się odbudowuje, a my oglądamy to w czasie rzeczywistym. Będzie naprawdę ważnym zrozumienie, w jaki sposób korona czarnej dziury jest podgrzewana i zasilana” – mówi Kara.

W marcu 2018 roku niespodziewany wybuch oświetlił ASSASN (All-Sky Automated Survey for Super-Novae), automatyczny przegląd, który bada całe niebo pod kątem aktywności supernowych. Podczas przeglądu zarejestrowano błysk z 1ES 1927+654, aktywnego jądra galaktycznego (AGN), czyli rodzaju supermasywnej czarnej dziury, o wyższej niż normalna jasności, w centrum galaktyki. ASSASN zaobserwował, że jasność obiektu wzrosła do około 40 razy większej niż wynosi jego normalna jasność.

„To było AGN, o którym w pewnym sensie wiedzieliśmy, że nie było ono zbytnio wyjątkowe. Potem zauważono, że to zwykłe AGN stało się nagle jasne, co zwróciło naszą uwagę, i zaczęliśmy kierować wiele innych teleskopów obserwujących na różnych długościach fal, aby spojrzeć na nie” – mówi Kara.

Zespół wykorzystał wiele teleskopów do obserwacji czarnej dziury na pasmach rentgenowskich, optycznych i UV. Większość z tych teleskopów była okresowo skierowana na czarną dziurę, na przykład rejestrując obserwacje przez cały dzień, co sześć miesięcy. Zespół codziennie obserwował również czarną dziurę za pomocą NICER, znacznie mniejszego teleskopu rentgenowskiego, który znajduje się na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Dzięki częstym obserwacjom naukowcy byli w stanie uchwycić czarną dziurę, gdy gwałtownie spadła jej jasność, praktycznie na wszystkich pasmach fal, na których mierzyli, a zwłaszcza na paśmie wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego – obserwacja, która zasygnalizowała, że korona czarnej dziury całkowicie i nagle wyparowała.

Fizycy nie są pewni, co dokładnie powoduje powstawanie korony, ale uważają, że ma to coś wspólnego z konfiguracją linii pola magnetycznego, które przebiegają przez dysk akrecyjny czarnej dziury. W zewnętrznych obszarach wirującego dysku materii linie pola magnetycznego mają mniej więcej prostą konfigurację. Bliżej, a zwłaszcza w pobliżu horyzontu zdarzeń, materia krąży z większą energią, w sposób, który może powodować skręcanie i łamanie linii pola magnetycznego, a następnie ich ponowne łączenie. Ta plątanina energii magnetycznej mogłaby wzbudzić cząsteczki wirujące w pobliżu czarnej dziury do poziomu wysokoenergetycznych promieni X, tworząc koronę podobną do korony, która otacza czarną dziurę.

Kara i jej koledzy uważają, że jeżeli kapryśna gwiazda rzeczywiście była winna zniknięcia korony, to najpierw zostałaby rozerwana na strzępy przez grawitacyjne przyciąganie czarnej dziury, rozpraszając gwiezdne szczątki po dysku akrecyjnym. Mogło to spowodować chwilowy wzrost jasności, który uchwycił ASSASN. To rozerwanie pływowe spowodowałoby, że znaczna część materii dysku wpadłaby do czarnej dziury. Mogło również rzucić linie pola magnetycznego dysku w sposób, który nie byłby w stanie już generować i podtrzymywać wysokoenergetycznej korony.

Ten ostatni punkt jest potencjalnie ważny dla zrozumienia, jak powstają takie korony. W zależności od masy czarnej dziury istnieje pewien promień, w obrębie którego gwiazda z pewnością zostanie wciągnięta przez grawitację czarnej dziury.

Naukowcy obliczyli, że gdyby gwiazda rzeczywiście była przyczyną brakującej korony czarnej dziury i gdyby korona miała powstać na supermasywnej czarnej dziurze o podobnej wielkości, zrobiłaby to w promieniu około 4 minut świetlnych – odległości, która z grubsza przekłada się na około 75 mln km, od centrum czarnej dziury.

Od tego czasu korona została zreformowana, rozświetlając się w wysokoenergetycznych promieniach X, które zespół również był w stanie zaobserwować. Nie jest tak jasna, jak kiedyś, ale naukowcy nadal ją monitorują, chociaż rzadziej, aby zobaczyć, co jeszcze ten układ ma do zaoferowania.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
MIT

Vega

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *