Międzynarodowy zespół astronomów współpracujący z obserwatorium ESA, używając XMM-Newtona do obserwacji układu podwójnego czarnych dziur nazywanego 4U1630–47, odpowiedział na długo dręczące nas pytanie dotyczące zagadkowych strumieni materii emitowanych przez czarne dziury. „Pomimo tego, że obserwujemy je od lat, wciąż nie jesteśmy w stanie z całą pewnością stwierdzić z czego są one zrobione i co je napędza” – mówi doktor Maria Diaz Trigo, która prowadzi badania w ESA.

Gwiazdowe czarne dziury często “ucztują” na sąsiadującej gwieździe. Materia wylatująca z niej w stronę czarnej dziury krąży w jej dysku z temperaturą tak wysoką, że emituje promieniowanie X. Jednak czasem czarna dziura zamiast pochłaniać całą tę materię, może wyrzucać jej część w formie silnych strumieni cząsteczek tzw. dżetów, które uwalniają masę i energię do otoczenia.

Od dawna było wiadomo, dzięki obserwacjom długości fal radiowych, że dżety zawierają elektrony, ale nie mają ogólnego ujemnego ładunku, więc musi też być w nich coś naładowanego dodatnio. Nie stwierdzono jednak, czy dodatni ładunek pochodzi z pozytonów, antycząstek, czy może cięższych dodatnio naładowanych cząstek, takich jak protony. W momencie, gdy została potwierdzona obecność niklu i żelaza w tych strumieniach stało się jasne, że dżety emitowane przez czarne dziury mają bogatszą strukturę niż tylko same elektrony.

Strumienie te mogą być budowane przez dodatnio naładowane atomy, które są znacznie cięższe od pozytonów i dlatego mogłyby one przenosić znacznie więcej energii z czarnej dziury niż początkowo przypuszczano. Co więcej, astronomowie nie są pewni, czy dżety są napędzane przez sam ruch rotującej czarnej dziury, czy może są wypuszczane prosto z dysku akrecyjnego otaczającego czarną dziurę. Używając danych pochodzących z analizy widma promieniowania rentgenowskiego ustalono, że strumienie te poruszają się z prędkością równą około 66% wartości prędkości światła (ok. 198 tys. km/s).

Podczas badania danych dotyczących promieniowania X zauważono wskaźniki świadczące o obecności jąder żelaza poruszających się w stronę teleskopu XMM-Newton i w kierunku przeciwnym świadczące o tym, że jony należą do dwóch dżetów wskazujących przeciwne kierunki. Co więcej, obecność ciężkich jąder atomowych oznacza, że masa i energia wydostająca się z czarnej dziury jest zdecydowanie większa niż początkowo sądzono, co może mieć wpływ na mechanizm i tempo gromadzenia materii przez czarną dziurę.

Grupa astronomów obserwujących 4U1630–47 teleskopem XMM-Newton porównała wyniki z niemal jednoczesnymi obserwacjami radiowymi wykonanymi przez Australia Telescope Compact Array. Pomimo że obserwacje oddzielał okres zaledwie kilku tygodni, wyniki były zaskakująco różne. Pierwszy zespół wykrył promieniowanie X pochodzące z dysku akrecyjnego, ale nie odkrył niczego w falach radiowych co znaczy, że dżety nie były wówczas aktywne. Natomiast druga grupa astronomów zaobserwowała źródło zarówno w falach radiowych, jak i promieniach X. Z tego wynika, że dżety aktywowały się w międzyczasie.

Obserwacje 4U1630–47 umożliwiły zdobycie informacji na temat mechanizmu wyrzucania przez czarne dziury dżetów z dysku akrecyjnego, jednak sam proces ich tworzenia pozostaje wielką niewiadomą.

Autor

Weronika Łajewska