Koncepcja odrzutowca z czarną dziurą nie jest nowa, ale wciąż mamy wiele do nauczenia się o mieszance cząstek znajdujących się w ich pobliżu. Dzięki zastosowaniu obserwatorium ESM XMM-Newton astronomowie przyglądali się czarnej dziurze w naszej galaktyce i znaleźli zaskakujące wyniki.
Jak wiemy, czarne dziury o masie gwiazdowej przyjmują materiały z pobliskich gwiazd. Materia z tych towarzyszących gwiazd jest odciągana od ciała macierzystego w kierunku czarnej dziury i promieniuje temperaturą tak intensywną, że emituje promieniowanie rentgenowskie. Czarna dziura nie zawsze jednak pochłania wszystko, co stanie jej na drodze. Czasami odrzucają małe porcje przybywającej masy, odpychając ją w postaci zestawu potężnych dżetów. Dysze te zasilają także otoczenie, uwalniając zarówno masę, jak i energię… okradając czarną dziurę z paliwem.
Dzięki badaniu składu odrzutowca naukowcy mogą lepiej określić, co zostanie zabrane do czarnej dziury, a co nie. Dzięki obserwacjom wykonanym na długości fali radiowej widma elektromagnetycznego widzieliśmy, jak elektrony poruszają się wzdłuż prędkości światła. Nie zostało jednak jednoznacznie określone, czy ładunek ujemny elektronów jest uzupełniany przez ich antycząstki, pozytony, czy raczej przez cięższe dodatnio naładowane cząstki w dżetach, takie jak protony lub jądra atomowe ”. Mając za sobą moc XMM-Newtona, astronomowie mieli okazję zbadać układ podwójny czarnej dziury o nazwie 4U1630–47 - kandydata, o którym wiadomo, że ma nieoczekiwane wybuchy promieni rentgenowskich w segmentach czasu trwających od miesięcy do lat.
„W naszych obserwacjach znaleźliśmy oznaki silnie zjonizowanych jąder dwóch ciężkich pierwiastków, żelaza i niklu”, mówi María Díaz Trigo z Europejskiego Obserwatorium Południowego w Monachium, Niemcy, główny autor artykułu opublikowanego w czasopiśmie Nature. „Odkrycie było niespodzianką - i dobre, ponieważ pokazuje ponad wszelką wątpliwość, że skład dżetów czarnej dziury jest znacznie bogatszy niż tylko elektrony”.
We wrześniu 2012 r. Zespół astronomów kierowany przez dr Díaza Trigo i współpracowników zaobserwował 4U1630–47 z XMM-Newton. Wsparli również swoje obserwacje niemal jednoczesnymi obserwacjami radiowymi pobranymi z Australia Telescope Compact Array. Mimo że badania przeprowadzono blisko siebie - w ciągu zaledwie kilku tygodni - wyniki nie mogły być bardziej różne.
Według zespołu Trigo, początkowy zestaw obserwacji zebrał podpisy rentgenowskie z dysku akrecyjnego, ale w paśmie radiowym nie było żadnej aktywności. To wskaźnik, że dżety w tym czasie nie były aktywne. Jednak w drugim zestawie obserwacji była aktywność zarówno w promieniach rentgenowskich, jak i radiowych… odrzutowce wróciły! Podczas badania danych rentgenowskich z drugiego zestawu odkryli również jądra żelaza w ruchu. Cząstki te poruszały się zarówno w kierunku, jak i od XMM-Newton - dowód na to, że jony były częścią podwójnych strumieni skierowanych w przeciwnych kierunkach. To jednak nie wszystko. Istnieją również dowody na to, że jądra niklu wskazują na obserwatorium.
„Na podstawie tych„ odcisków palców ”żelaza i niklu mogliśmy wykazać, że prędkość strumienia jest bardzo wysoka, około dwóch trzecich prędkości światła”, mówi współautor James Miller-Jones z węzła Curtin University w Międzynarodowe Centrum Badań Astronomii Radiowej w Perth, Australia.
„Ponadto obecność ciężkich jąder atomowych w dżetach czarnej dziury oznacza, że masa i energia są odrywane od czarnej dziury w znacznie większych ilościach niż wcześniej sądziliśmy, co może mieć wpływ na mechanizm i szybkość, z jaką czarna dziura akretuje materię ”- dodaje współautorka Simone Migliari z Uniwersytetu w Barcelonie w Hiszpanii.
Zdumiewające nowe odkrycia? Cóż… tak. W przypadku typowej czarnej dziury o masie gwiazdowej po raz pierwszy w dżetach wykryto ciężkie jądra. Na dzień dzisiejszy istnieje tylko „jeden inny układ binarny rentgenowski, który wykazuje podobne sygnatury z jąder atomowych w swoich dżetach - źródło znane jako SS 433. Ten system czarnych dziur charakteryzuje się jednak wyjątkowo wysoką szybkością akrecji, która utrudnia porównanie jego właściwości z właściwościami zwykłych czarnych dziur. ” Dzięki tym nowym obserwacjom 4U1630–47 astronomowie będą w stanie wypełnić luki informacyjne o tym, co powoduje pojawienie się dżetów w dyskach akrecyjnych czarnej dziury i co nimi napędza.
„Chociaż wiemy już wiele na temat czarnych dziur i tego, co się wokół nich dzieje, formowanie dżetów jest wciąż wielką zagadką, więc ta obserwacja jest dużym krokiem naprzód w zrozumieniu tego fascynującego zjawiska”, mówi Norbert Schartel, XMM-Newton z ESA Naukowiec projektu.
Źródło oryginalnej historii: komunikat prasowy ESA.
