Spektakularne pierścienie dookoła czarnej dziury zostały zarejestrowane przez Chandra X-ray Observatory i Neil Gehlers Swift Observatory. Zdjęcie rentgenowskie, które pozwoliło odkryć nowe informacje o pyle znajdującym się w naszej galaktyce, zostało zrobione przy pomocy podobnej techniki, jaką posługujemy się w medycynie czy przy obsłudze lotnisk.

Ukazana na nim czarna dziura jest częścią podwójnego układu V404 Cygni, znajdującego się około 7800 lat świetlnych od Ziemi. Czarna dziura cały czas przyciąga do siebie materiał od towarzyszącej jej gwiazdy, której masa wynosi połowę masy Słońca, i formuje ją w dysk otaczający niewidzialny obiekt. Materia świeci na zdjęciach rentgenowskich, więc naukowcy nazywają takie systemy “rentgenowskimi układami podwójnymi”.

5 lipca 2015 roku Swift zaobserwował wyrzut promieni rentgenowskich, który doprowadził do powstania wysokoenergetycznych pierścieni, pochodzących z tego układu. Zjawisko to nazywa się świetlnym echem. Promienie rentgenowskie wyrzucone z czarnej dziury rozeszły się po chmurach pyłu, znajdujących się między V404 Cygni a Ziemią, tak jak dźwięk przemieszczający się po ścianach klifu. Kosmiczny pył, w odróżnieniu od domowego kurzu, przypomina bardziej dym. Składa się on z drobnych i stałych cząstek.

Na nowym zdjęciu promienie rentgenowskie (jasnoniebieskie) zarejestrowane przez Chandra zostały nałożone na optyczny obraz z teleskopu PAN-STARRS na Hawajach, który ukazuje opisywany obiekt. Obraz zawiera osiem osobnych pierścieni. Każdy z nich powstał z wyrzutu w 2015 roku i obrazuje położenie chmur pyłu kosmicznego. (Tu znajdziesz artystyczne ilustracje opisujące, jak powstały pierścienie rentgenowskie. Dla uproszczenia zredukowano ich liczbę do czterech.)

Zespół badaczy poddał analizie 50 obserwacji Swift’a powstałych w 2015 roku pomiędzy 30 czerwca a 25 sierpnia. Chandra obserwowała obiekt 11 i 25 lipca. Zjawisko było tak jasne, że naukowcy ustawili obiekt pomiędzy detektorami instrumentu, żeby następny wybuch go nie uszkodził.

Pierścienie odpowiadają na wiele pytań astronomów, dotyczących nie tylko zachowania czarnej dziury, ale także ukształtowania okolicy pomiędzy tym układem a Ziemią. Dla przykładu, średnica pierścieni odzwierciedla dystans do najbliższej chmury pyłu, od której odbiło się światło. Im bliżej Ziemi znajduje się chmura, tym większy będzie pierścień i odwrotnie. Świetlne echo występuje raczej jako wąskie niż szerokie pierścienie albo halo, bo wybuch promieni rentgenowskich jest stosunkowo krótki.

Badacze użyli pierścieni także do zbadania właściwości chmur pyłu kosmicznego. Porównali oni spektrum rentgenowskie, czyli jasność promieniowania do zakresu długości fal, do komputerowych modeli pyłu. Różne właściwości pyłu wpływały na różną absorpcję promieni rentgenowskich o niższej energii, co sprawiało, że nie były możliwe do wykrycia przez Chandrę. Jest to podobny sposób zdobywania informacji o wyglądzie i strukturze naszego ciała jakie są wykorzystywane np. podczas badań rentgenowskich w szpitalu.

Odkryto, że pył składa się głównie z mieszanki grafitu i ziaren krzemu. Dodatkowo analizując inne pierścienie zarejestrowane przez Chandr’ę naukowcy odkryli, że zmiany gęstości chmur pyłu nie są jednolite. W poprzednich badaniach wyniki sugerowały, że jest inaczej, wiec to duży krok naprzód.

Wyniki z układu podwójnego w Łabędziu są podobne do tych uzyskanych z badań przeprowadzonych na innym układzie – Circinus X-1, który zamiast czarnej dziury  zawiera gwiazdę neutronową. Zostały one opublikowane 20 czerwca 2015 roku w The Astrophysical Journal, po tytułem “Lord of the Rings: A Kinematic Distance to Circinus X-1 from a Giant X-Ray Light Echo“. Tymi badaniami zajmował się Sebastian Heinz.

Prace nad V404 Cygni były prowadzone przez tego samego astronoma z Uniwersytetu Winscontin w Madison. Zostały opublikowane 1 lipca 2016 roku w tym samym piśmie. Jego współautorami były Lia Corrales (Uniwersytet Michigan), Randall Smith (Centrum Astrofizyki | Harvard & Smithsonian), Niel Brandt (Uniwersytet Stanu Pensylwania), Peter Jonker (Holenderski Instytut Badań Kosmicznych), Richard Plotkin (uniwersytet w Newadzie, Reno) i Joey Neilson (Uniwersytet Villanova).

Autorem artykułu jest Lee Mohon.

Źródła:

Autor

Weronika Księżakowska