Niedawno złapano supermasywną czarną dziurę pochłaniającą gwiazdę, a strumień cząstek wyrzucony przez czarną dziurę może ujawnić tajną zasadę rządzącą wzrostem galaktyk.
Święto czarnej dziury zostało po raz pierwszy wykryte 11 listopada 2014 r. Przez teleskopy rentgenowskie i radiowe na całym świecie. Sygnały, które przybyły z 300 milionów lat świetlnych od Ziemi, uchwyciły brutalne ostatnie chwile gwiazdy, znanej jako rozbłysk zakłócenia pływów. Eksplozja energii elektromagnetycznej ma miejsce, gdy ogromne przyciąganie grawitacyjne czarnej dziury rozrywa przechodzącą gwiazdę.
„Czarna dziura najpierw niszczy gwiazdę. Z niej robi się zupę” - powiedział Dheeraj Pasham, doktorant w Kavli Institute for Astrophysics and Space Research w Massachusetts Institute of Technology i główny autor artykułu opublikowanego w tym tygodniu w Astrophysical Journal. „Kiedy tak się dzieje, widzimy nagły błysk promieniowania na niebie. Zupa stopniowo wpada do czarnej dziury i tak właśnie się karmi czarna dziura”.
Ale w sygnale była jedna kłopotliwa rzecz: podczas gdy wzór w sygnałach rentgenowskich był prawie identyczny z tym w sygnałach radiowych związanych ze zdarzeniem, sygnał radiowy odzwierciedlał to, co się stało w sygnale rentgenowskim 13 dni wcześniej. To znaczy, kiedy sygnał rentgenowski stał się jaśniejszy, sygnał radiowy odzwierciedlałby ten wzrost jasności prawie dwa tygodnie później.
Doprowadziło to astronomów do postulowania, że źródłem sygnału promieniowania rentgenowskiego musi być materia przyciągana i zasilana przez czarną dziurę, podczas gdy fale radiowe pochodzą ze strumienia wysokoenergetycznego materiału uciekającego z czarnej dziury, zwanego strumieniem relatywistycznym.
Wcześniej naukowcy sądzili, że fale radiowe pochodzą z eksplozji gwiazdy, która została uderzona przez fale pływowe z czarnej dziury. Zgodnie z tą hipotezą eksplozja energetyzuje cząsteczki plazmy w otaczającej przestrzeni, a te energetyzowane cząstki następnie emitują fale radiowe. Jednak gdyby tak było, nie byłoby związku między falami radiowymi a promieniami rentgenowskimi generowanymi przez materiał wpadający do czarnej dziury, twierdzą naukowcy.
„Twierdzimy, że to sprzężenie między radiem a promieniowaniem rentgenowskim mówi nam, że radio musi pochodzić ze strumienia i że strumień jest regulowany przez akrecję” lub wzrost czarnej dziury, powiedział Pasham Live Live. „Dane wyraźnie wskazują, że cokolwiek wpadnie do czarnej dziury napędza odrzutowiec”.
W miarę jak czarna dziura pochłania więcej „gwiezdnej zupy”, strumień uciekający z czarnej dziury wzmacnia się. Naukowcy stwierdzili, że po raz pierwszy astronomowie zauważyli taką korelację w jednym obiekcie.
„To mówi nam, że szybkość karmienia czarnymi dziurami kontroluje siłę wytwarzanego przez nie strumienia”, powiedział Pasham w oświadczeniu. „Dobrze odżywiona czarna dziura wytwarza silny strumień, podczas gdy niedożywiona czarna dziura wytwarza słaby strumień lub wcale go nie ma”.
Wzrost galaktyki
Pasham powiedział, że jeśli przyszłe obserwacje wykażą podobny wzór, naukowcy mogliby zrozumieć pochodzenie tajemniczych dżetów. Strumienie te wypływają z czarnych dziur z prędkością zbliżoną do prędkości światła, a niektórzy astronomowie uważają, że dżety mogą być źródłem galaktycznych promieni kosmicznych, strumieni wysokoenergetycznych cząstek zbliżających się w przestrzeni na duże odległości.
„Sposób, w jaki dżety są wystrzeliwane przez czarne dziury, to wielka tajemnica w astrofizyce” - powiedział Pasham.
Poza tym, jeśli prosty związek wiąże szybkość akrecji lub szybkość, z jaką czarna dziura pożera masę, do wielkości relatywistycznego strumienia czarnej dziury, związek ten może wpływać na wzrost galaktyk, stwierdzili naukowcy w oświadczeniu. To dlatego, że galaktyki rosną, gdy powstają nowe gwiazdy, ale tworzenie gwiazd wymaga niskich temperatur. Tymczasem strumienie czarnej dziury nagrzewają otaczające je środowisko, co może tymczasowo spowodować, że będzie za gorąco, aby utworzyć nowe gwiazdy. Naukowcy stwierdzili, że wiedza na temat wielkości dżetów czarnej dziury może być następnie wykorzystana do przewidywania tempa wzrostu galaktyki.
„Jeśli szybkość, z jaką czarna dziura się karmi, jest proporcjonalna do prędkości, z jaką wypompowuje energię, a jeśli to naprawdę działa dla każdej czarnej dziury, jest to prosta recepta, której można użyć w symulacjach ewolucji galaktyki”, powiedział Pasham w wyrok. „To sugeruje większy obraz”.
