Energia tysięcy Słońc. Po raz pierwszy udało się zmierzyć chwilową moc dżetu czarnej dziury
Dżety czarnych dziur to jedne z najbardziej energetycznych zjawisk we Wszechświecie. Wystrzeliwane z okolic horyzontu zdarzeń z prędkościami bliskimi prędkości światła, wpływają na ewolucję galaktyk, zasilają ośrodek międzygwiazdowy w energię i pola magnetyczne, a nawet drążą gigantyczne pustki w gromadach galaktyk. Mimo to jedno fundamentalne pytanie pozostawało bez odpowiedzi: ile energii niosą te strumienie materii w danej chwili?
Międzynarodowy zespół naukowy, pracujący pod kierunkiem S. Prabu i J.C.A. Millera-Jonesa z Curtin University, jest pierwszym, któremu udało się zmierzyć chwilową moc dżetu czarnej dziury. Wyniki badań opublikowano na łamach Nature Astronomy.
Dotychczasowe metody wyznaczania mocy dżetów opierały się na tzw. kalorymetrii — badaniu śladów, jakie dżety zostawiają w otaczającym ośrodku przez całe swoje życie. Takie pomiary uśredniają całkowitą moc kinetyczną dżetu przez czas jego istnienia, który znacznie przekracza skalę czasową zmienności przepływu materii wpadającej w czarną dziurę. To duży problem, nie można bowiem wprost porównać uśrednionej mocy z mocą chwilową. Wykorzystywane przez astrofizyków symulacje powstawania wielkoskalowej struktury Wszechświata musiały więc opierać się na założeniu, że dżety unoszą ze sobą około 10% energii akrecji – czyli energii uwalnianej przez materię opadającą do czarnej dziury — jednak bez empirycznego potwierdzenia tej liczby.
Historycznego pomiaru dokonano za pomocą radiointerferometrii wielkobazowej (VLBI), sieci radioteleskopów rozsianych po całej Ziemi, a obserwowanym układem był Cygnus X-1, odległy od Ziemi o około 7240 lat świetlnych. To rentgenowski układ podwójny, składający się z czarnej dziury o masie około 21 mas Słońca oraz nadolbrzyma klasy O o masie około 40 mas Słońca. Obiekty okrążają się w ciągu około 5,6 doby. Gwiazd traci materię w postaci potężnego wiatru gwaizdowego, który jest częściowo pochłaniany przez czarną dziurę. W układzie powstaje wyraźny stabilny dżet.
Badania wykazały, że wiatr gwiazdy nie tylko zasila czarną dziurę, ale oddziałuje też na dżet, odpychając go od nadolbrzyma. Ugięcie dżetu zależy od stosunku pędu wiatru do pędu dżetu. Jeśli więc znamy parametry wiatru, możemy wyznaczyć parametry dżetu, takie jak moc i prędkość.
Autorzy badań przeanalizowali dane zebrane przez VLBI w ciągu 18 lat, przeprowadzili odpowiednie obliczenia i uzyskali chwilową moc dżetu. Liczby są imponujące. Okazało się, że dżet unosi w każdej sekundzie aż 5200 razy więcej energii niż w ciągu sekundy emituje jej Słońce, prędkość dżetu to około 204 000 km/s czyli około 68% prędkości światła.
Najważniejszym wnioskiem z badań jest stwierdzenie, że wartości fizyczne, jakie – na podstawie pośrednich pomiarów – powszechnie przyjmowano do symulacji powstawania galaktyk, są prawidłowe. Zatem, przynajmniej w tym zakresie, prawidłowe są wyniki modelowania wpływu dżetów czarnych dziur na galaktyki.
Komentarze (0)