Kilkanaście lat badali czarne dziury. Udało im się wyjaśnić, w jakich okolicznościach pochłaniają materię

Badania poświęcone wahaniom jasności światła w pobliżu czarnej dziury wykazały, że ma tam miejsce coś, co można porównać do bicia serca.

Obiekt ten wchodzi w skład układu GRS 1915+105 znajdującego się około 36 000 lat świetlnych od Słońca. Nosi on miano mikrokwazara, ponieważ składa się ze stosunkowo mało masywnej czarnej dziury pochłaniającej materię tworzącą gwiazdę ciągu głównego. Można więc powiedzieć, że tamtejsza czarna dziura żeruje na swojej towarzyszce. Jej masa, jak na tego typu obiekt, nie jest szczególnie porywająca i opiewa na 12-krotność masy Słońca.

Czytaj też: Czy Hawking miał rację? Odpowiedzi dostarczają sztuczne czarne dziury

Naukowcy stojący za badaniami poświęconymi temu układowi przedstawili swoje dokonania na łamach Nature Astronomy. Doszli do wniosku, że niewielka odległość dzieląca oba wymienione obiekty sprawia, że czarna dziura stopniowo odrywa materiał tworzący okoliczną gwiazdę – z tej właśnie materii powstaje dysk zasilający czarną dziurę. Z perspektywy obserwatora takie wydarzenia mogą przywodzić na myśl regularne bicie serca.

Na podobnej zasadzie odbywa się to w przypadku kwazarów, choć tam skala jest znacznie większa. Wystarczy wspomnieć, że w miejsce czarnej dziury o masie 12 razy większej od masy Słońca musielibyśmy wstawić obiekt miliony a nawet miliardy razy masywniejszy od naszej gwiazdy. Jeśli chodzi o GRS 1915+105 to jedną ze struktur generujących światło jest korona położona między wewnętrzną krawędzią dysku akrecyjnego a horyzontem zdarzeń. Najprawdopodobniej pole magnetyczne czarnej dziury napędza znajdujące się tam elektrony, przez co wzrasta ich jasność w promieniowaniu rentgenowskim.

Czarne dziury mogą tworzyć układy podwójne z gwiazdami ciągu głównego

Z kolei dżety, składające się z rozgrzanej materii, ulegają przyspieszaniu wzdłuż linii pola magnetycznego. W efekcie trafiają poza horyzont zdarzeń czarnej dziury, by ostatecznie wystrzelić z prędkością bliską prędkości światła i zostawić po sobie ślady w postaci fal radiowych. Dzięki danym rentgenowskim i radiowym, które zebrano w latach 1996-2012, naukowcy pod zarządem Mariano Méndeza z Uniwersytetu w Groningen mogli dokładnie przeanalizować wydarzenia mające miejsce w obrębie GRS 1915+105.

Łącznie badaniami objęto 410 jednoczesnych obserwacji radiowych i rentgenowskich. Dzięki temu naukowcy odkryli, że kiedy promieniowanie rentgenowskie jest silne, fale radiowe stają się słabe – i odwrotnie. Z kolei dżety są najsilniejsze, gdy korona staje się najmniejsza. Pozwala to sądzić, że energia zasilająca układ GRS 1915+105 może być skierowana albo do korony albo do dżetu. W tym przypadku najbardziej prawdopodobny wydaje się scenariusz, w którym to korona zamienia się w dżety.

Czytaj też: Niechciane światło pomogło astronomom. Namierzyli gwiazdę neutronową

Mimo to w toku badań naukowcy natrafili na kolejną niewiadomą: korona wydaje się znacznie jaśniejsza niż mogłyby sugerować tamtejsze temperatury. Sprawcą tego zamieszania może być pole magnetyczne. Dokładniej rzecz biorąc, chodzi o różnice w rotacji czarnej dziury i dysku akrecyjnego, które mogą potęgować chaotyczność lokalnego pola magnetycznego. Wtedy też korona miałaby się nagrzewać, zwiększając również swoją jasność.