Szybko rotująca czarna dziura z odkształconym dyskiem

Zainstalowany niedawno na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej ISS teleskop rentgenowski NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) daje nam dostęp do nowych danych związanych ze źródłami silnego promieniowania kosmicznego w zakresie fal X. Teraz uważniej przyjrzał się interesującej czarnej dziurze, która żywi się towarzyszącą jej gwiazdą.

Czarne dziury o masach gwiazdowych są niemal wszechobecne w naszej Galaktyce. Ze swej natury są one jednak obiektami dość ciemnymi, przez co trudno jest je wykrywać. Do dziś nie posiadamy więc zbyt wielu dokładnych obserwacji otaczających nas czarnych dziur o niewielkiej masie, przez co obiekty te są wciąż dla naukowców zagadkowe.

Jednym z możliwych sposobów obserwacji takich czarnych dziur jest badanie promieniowania rentgenowskiego pochodzącego z układów podwójnych - takich, które złożone są z czarnej dziury i gwiazdy. W tego rodzaju układach materiał gwiazdowy jest stopniowo ściągany i pochłaniany przez jej ciemną i bardziej masywną towarzyszkę. Czarna dziura żywi się więc gwiazdą, a wokół niej na skutek pobierania materii z tej gwiazdy powstaje dysk akrecyjny. Materiał krąży w nim, opadając coraz bardziej do wewnątrz dziury i silnie się przy tym rozgrzewając na skutek tarcia. Powoduje to emisję promieniowania rentgenowskiego, którą możemy już łatwo dostrzec, mimo że sama czarna dziura nie emituje światła.

Jaka jest jednak dokładna struktura takich dysków akrecyjnych? Jak daleko w kierunku czarnej dziury one sięgają? Jak szybko czarne dziury wirują w ich centrach? Jest sporo pytań, na które naukowcy wciąż szukają odpowiedzi. W swojej ostatniej publikacji naukowej zespół astronoma Jona Millera prezentuje nowe dane i wnioski związane z promieniowaniem rentgenowskich układów podwójnych, w których jeden ze składników jest czarną dziurą. A konkretniej z jednym z nich - MAXI J1535-571.

Obserwacje wykonane teleskopem NICER wskazują na to, że czarna dziura w tym systemie prawdopodobnie wiruje bardzo szybko - nawet z ponad 99% swej maksymalnej możliwej prędkości. Światło, które obserwujemy w przypadku MAXI J1535-571, wydaje się zawierać zarówno składową dysku akrecyjnego czarnej dziury, jak i korony gorącego gazu, która leży bezpośrednio nad dyskiem. Światło korony odbija się od dysku akrecyjnego, dostarczając nam jeszcze więcej informacji o jego strukturze. Dane takie można następnie modelować komputerowo. Miller i jego współpracownicy wykazali w ten sposób, że dysk akrecyjny MAXI J1535-571 rozciąga się głęboko do środka, aż do najbardziej wewnętrznej ze stabilnych orbit kołowych wokół czarnej dziury.

Autorzy pracy podkreślają także fakt istnienia dodatkowej cechy w widmie MAXI J1535-571: to wąska linia emisyjna, która może być rezultatem odkształcenia w obrębie dysku. Innymi słowy, dysk ten może nie być całkiem płaski. Zniekształcenie to lokalnie zmienia profil całego dysku akrecyjnego, powodując, że z tego miejsca w nim dociera do nas znacznie więcej odbijanego światła korony.

 

Czytaj więcej:

 

Źródło: Sky & Telescope
    

Na zdjęciu: Artystyczna wizja możliwego odkształcenia w dysku akrecyjnym otaczającym czarną dziurę.
Źródło: James Gitlin (Space Telescope Science Institute)