Jak naprawdę wygląda otoczenie czarnej dziury? Astronomowie mają lepszy pomysł, obserwując światło pochodzące z dysku akrecyjnego otaczającego czarne dziury. Światło nie jest stałe - migocze, rozpryskuje się i błyszczy - a migotanie zapewnia nowy i zaskakujący wgląd w kolosalną ilość energii emanującej z czarnych dziur. Poprzez odwzorowanie, jak dobrze zmiany w świetle widzialnym pasują do zmian w promieniach X w bardzo krótkich skalach czasowych, astronomowie wykazali, że pola magnetyczne muszą odgrywać kluczową rolę w sposobie, w jaki czarne dziury połykają materię.
„Szybkie migotanie światła z czarnej dziury jest najczęściej obserwowane przy długościach fal rentgenowskich”, mówi Poshak Gandhi, który kierował międzynarodowym zespołem, który donosi o tych wynikach. „To nowe badanie jest jednym z niewielu jak dotąd, które bada także szybkie zmiany w świetle widzialnym, a co najważniejsze, w jaki sposób te fluktuacje odnoszą się do zmian w promieniach rentgenowskich”.
Obserwacje śledziły migotanie czarnych dziur jednocześnie za pomocą dwóch różnych instrumentów, jednego na ziemi i jednego w przestrzeni. Dane rentgenowskie zostały pobrane za pomocą satelity Rossi X-ray Timing Explorer NASA. Światło widzialne zostało zebrane za pomocą kamery o wysokiej prędkości ULTRACAM, instrumentu odwiedzającego w Very Large Telescope (VLT) ESO, rejestrującego do 20 obrazów na sekundę. ULTRACAM został opracowany przez członków zespołu Vik Dhillon i Tom Marsh. „Są to jedne z najszybszych obserwacji czarnej dziury, jakie kiedykolwiek uzyskano za pomocą dużego teleskopu optycznego”, mówi Dhillon.
Ku ich zaskoczeniu astronomowie odkryli, że fluktuacje jasności w świetle widzialnym były jeszcze szybsze niż w przypadku promieniowania rentgenowskiego. Ponadto stwierdzono, że warianty światła widzialnego i promieniowania rentgenowskiego nie są równoczesne, ale podążają za powtarzającym się i niezwykłym wzorem: tuż przed rozbłyskiem promieniowania rentgenowskiego światło widzialne przygasa, a następnie przechodzi w jasny błysk dla małego ułamek sekundy przed ponownym gwałtownym spadkiem.
Obejrzyj film o fluktuacjach.
Żadne z tych promieni nie powstaje bezpośrednio z czarnej dziury, ale z intensywnych przepływów energii naładowanej elektrycznie materii w jej pobliżu. Środowisko czarnej dziury jest nieustannie przekształcane przez konkurujące siły, takie jak grawitacja, magnetyzm i ciśnienie wybuchowe. W rezultacie światło emitowane przez gorące strumienie materii zmienia jasność w sposób mętny i przypadkowy. „Ale wzorzec znaleziony w tym nowym badaniu ma stabilną strukturę, która wyróżnia się wśród chaotycznej zmienności, a zatem może dostarczyć istotnych wskazówek na temat dominujących procesów fizycznych w akcji”, mówi członek zespołu Andy Fabian.
Powszechnie uważa się, że emisja światła widzialnego z okolic czarnych dziur jest efektem wtórnym, z pierwotnym wybuchem promieniowania rentgenowskiego oświetlającym otaczający gaz, który następnie świecił w zakresie widzialnym. Ale gdyby tak było, wszelkie odmiany światła widzialnego pozostawałyby w tyle za zmiennością promieniowania rentgenowskiego i znacznie wolniej osiągałyby szczyt i zanikały. „Natychmiastowe migotanie światła widzialnego, które teraz odkryliśmy, natychmiast wyklucza ten scenariusz dla obu badanych systemów”, twierdzi Gandhi. „Zamiast tego zmiany w promieniowaniu rentgenowskim i świetle widzialnym muszą mieć pewne wspólne pochodzenie i jedną bardzo blisko samej czarnej dziury”.
Silne pola magnetyczne reprezentują najlepszego kandydata do dominującego procesu fizycznego. Działając jako rezerwuar, mogą wchłonąć energię uwolnioną blisko czarnej dziury, przechowując ją, aż będzie mogła zostać rozładowana albo jako gorąca (wielomilionowa) plazma emitująca promieniowanie rentgenowskie, albo jako strumienie naładowanych cząstek przemieszczających się w pobliżu prędkość światła. Podział energii na te dwa składniki może skutkować charakterystycznym wzorem zmienności promieniowania rentgenowskiego i światła widzialnego.
Artykuły na temat tych badań: Tu i Tutaj
Źródło: ESO
