Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology dzięki obserwacjom dżetów czarnej dziury, których dokonywano przez około rok przy użyciu Chadnra X-ray Observatory, zmontowali obraz tego regionu, który objawił nam wiele ciekawostek.

Okazało się, że dżety mogą tworzyć się około 5 razy bliżej niż dotychczas sądzono. Naukowcy mogli także w detalach obejrzeć jak te dżety zmieniają się wraz z upływem czasu i odległością od czarnej dziury. Te informacje posłużyły im do zbadania masy czarnej dziury w innowacyjny sposób.

Materiały, które zostały zaprezentowane na spotkaniu American Astronomical Society w Atlancie, mogą pomóc rozwikłać odwieczną tajemnicę czarnych dziur, a mianowicie kreację dżetów, w których cząsteczki poruszają się z prędkościami podświetlnymi.

Obserwowanym obiektem było dosyć znane źródło SS 433 – układ podwójnych gwiazd wewnątrz naszej Galaktyki w kierunku gwiazdozbioru Orła, odległy o około 16 000 lat świetlnych. Czarna dziura i jej kompan są od siebie w odległości około dwóch trzeciej orbity Merkurego. Dżety są wystrzeliwane z prędkością 281 milionów kilometrów na godzinę, około 26 procent prędkości światła.

„Dżety o wysokich prędkości w pobliżu SS 433 mogą powstawać podobnie jak dżety w znacznie odleglejszych i znacznie masywniejszych czarnych dziurach, takich jak kwazary” – powiedziała Laura Lopez, studentka z MIT i główna autorka pracy. – „SS 433 dostarcza nam lokalnego laboratorium, w którym badamy formowanie się i warunki w relatywistycznych dżetach„.

Materia z towarzyszącej gwiazdy spada na czarną dziurę tworząc dysk akrecyjny, kształtem przypominający wir wodny. Dżety prawdopodobnie powstają kiedy część opadającej materii spotyka silne pole magnetyczne znajdujące się w pobliżu czarnej dziury.

SS 433 kieruje dżety tak, że jeden ucieka od nas, a drugi jest skierowany odrobinę w naszą stronę. Kompan czarnej dziury zasłania na zdjęciu część dżetów. Naukowcy wykorzystali to, aby móc studiować inne części znacznie łatwiej.

Przy użyciu Chandra High Energy Transmission Grating Spectrometer grupa z MIT zmierzyła wiele cech dżetów, formując najdokładniejszą jak dotąd pogląd na ich strukturę. Naukowcy przy użyciu spektroskopii, odnaleźli odciski różnych pierwiastków, które to dały wgląd na temperaturę i prędkość materii w dżetach. Ustalili długość części dżetu, która emitowała fale X, na około 1,6 miliona kilometrów, temperaturę, która spadała z 100 milionów stopni Celsjusza do 10 milionów, chemicznych skład: żelazo, krzem i inne oraz kąt pod jakim wyrzucany jest dżet. Zmierzyli także gęstość dżetu.

Dzięki tym informacjom grupa mogła ustalić, że baza dżetu jest pięć razy bliżej, około 1 280 mil, czarnej dziury niż wcześniej sądzono. Stwierdzili oni także, że masa gwiazdy towarzyszącej wynosi 9 mas Słońca, a masa czarnej dziury 16 mas Słońca.

Przez wiele lat naukowcy zastanawiali się, czy SS 433 zawiera czarną dziurę czy może gwiazdę neutronową. Określenie masy na 16 mas Słońca jednoznacznie odrzuca koncepcję gwiazdy neutronowej.

„Unikalność SS 433 nie może być przeceniana” – powiedział Marshall, kierownik badań przeprowadzonych przez Lopez. – „SS 433 dostarcza doskonałych możliwości studiowania pochodzenia, ewolucji oraz długo terminowego zachowania dżetów, ponieważ promieniowanie X dochodzi do nas z regionu znajdującego się bardzo blisko czarnej dziury. Z setki dżetów obserwowanych w promieniowaniu radiowym i X, ten jest jedynym, który ma silne potwierdzenie, że posiada jądra atomów i u którego jesteśmy pewni poprawności zmierzonej temperatury wewnętrznej i gęstości„.

Supermasywne czarne dziury, takie jak kwazary, mogą zachowywać się podobnie, ale są one tak masywne i tak daleko, że zmian jakie w nich zachodzą nie mogą być obserwowalne ze względu na zbyt długie skale czasowe. Dlatego SS 433 spełnia role domowego laboratorium.

Planowane są dalsze obserwacje tego regionu przy pomocy Chandry.