Dlaczego pewien mikrokwazar zaprzestaje produkcji?

Fot. Układ podwójny czarna dziura - gwiazda. W stanie a widoczny jest wyraźny wąski dżet namagnetyzowanej plazmy, jasność oraz tempo akrecji materii na dysk są niewielkie. W stanie b jasność dysku akrecyjnego rośnie, a pojawiający się w zewnętrznych częściach dysku wiatr wstrzymuje dopływ materii do dżetu, który zanika.
Źródło: Nature

Wiatry z dysków akrecyjnych jako mechanizm tłumienia dżetów w mikrokwazarze GRS 1915+105 to tytuł z artykułu opublikowanego 26 marca w czasopiśmie Nature, w którym autorzy próbują rozwiązać zagadkę powstawania i tłumienia dżetów w mikrokwazarach.

Mikrokwazary to czarne dziury o masach gwiazdowych z relatywistycznymi dżetami - strugami materii, które wypływają z okolic czarnej dziury z prędkością zbliżoną do prędkości światła. Skąd nazwa mikrokwazary? Część czarnych dziur o masach gwiazdowych wysyła w przestrzeń, podobnie jak kwazary, silne dżety gazu widoczne w promieniowaniu radiowym. W odróżnieniu od kwazarów, których masa sięga milonów mas Słońca, masa mikrokwazarów jest rzędu kilku-kilkunastu mas Słońca. Mikrokwazary naśladują zachowanie kwazarów i aktywnych jąder galaktyk. Ponieważ są znacznie mniejsze, procesy fizyczne wokół czarnych dziur o masach gwiazdowych zachodzą o rzędy wielkości szybciej niż wokół ich odległych supermasywnych odpowiedników, dlatego mikrokwazary stanowią idealne laboratorium, w którym śledzić można ewolucję dysków akrecyjnych oraz formowanie dżetów. Dyski akrecyjne formują się wokół czarnej dziury na skutek przyciągania przez nią materii z jej towarzysza. Takim przykładem jest obiekt w naszej Galaktyce o nazwie GRS 1915+105, który jest układem podwójnym złożony z czarnej dziury o masie równej 14 masom Słońca oraz gwiazdy ciągu głównego, z którego czarna dziura „wysysa” materię tworząc wokół siebie dysk akrecyjny. Supermasywne czarne dziury pobierają materię z całej macierzystej galaktyk.

Mikrokwazary przechodzą różne cykle aktywności - od wysokiej akrecji materii i dużej jasność - wówczas obserwuje się emisję wysoko- i niskoenergetycznego promieniowania X (twardego i miękkiego), aż do niskiej akrecji i małej jasności - wówczas wysokoenergetyczne promieniowanie X przewyższa niskoenergetyczne. Układ GRS 1915+105 jest również zmienny w czasie, a tempo zmian waha się od sekund do miesięcy. Obserwowano 14 rożnych konfiguracji obiektu, które są wynikiem oddziaływania dysku akrecyjnego na dżety. Niestety, natura tych procesów pozostaje nieznana. GRS 1915+105 jest silnym źródłem promenowania rentgenowskiego. Obserwacje satelity Chandra pokazały, że gdy mikrokwazar przechodzi ze stanu wysokoenergetycznego do niskoenergetycznego, pojawia się gorący wiatr w zewnętrznych obszarach dysku akrecyjnego, rozwiewa część dysku i zatrzymuje przypływ materii do dżetu - dżet zanika. Wiatr pozbawia dżet dopływu materii, a gdy zamiera, dżet może pojawić się na nowo.

Wiele kwazarów obserwowanych jest jedynie w niskoenergetycznym stanie - nie oznacza to jednak, że jest to ich jedyny stan, ale że skala czasowa zmian jest znacznie większa niż w przypadku mikrokwazarów. Aby więc poznać naturę kwazarów, obserwuje się ich mniejszych kuzynów, w których procesy zachodzą o 6-8 rzędów wielkości szybciej – godzinne zjawisko gwiazdowej czarnej dziury będzie trwać 10 tys. lat w jej supermasywnym odpowiedniku.

Mikrokwazary promieniują w szerokim spektrum - od fal radiowych po promieniowanie gamma. Dlaczego? Bo mają różne źródła energii: ultrafiolet i miękkie promieniowanie X emitowane jest przez dysk akrecyjny, twarde promieniowanie X przez koronę dysku złożoną z bardzo gorącej plazmy, emisję radiową generuje wąski dżet plazmy z silnym polem magnetycznym.

Obserwacje Chandry w promieniach X pokazały również, że dżety oraz wiatr unoszą tę samą ilość materii z czarnej dziury. To oznacza, że czarna dziura w jakiś sposób reguluje tempo akrecji - raz wyrzuca masę poprzez dżety a raz poprzez wiatr z dysku akrecyjnego. Taka samoregulacja jest często dyskutowana, gdy mowa o supermasywnych czarnych dziur, ale jest to pierwsza obserwacja, która potwierdza to zjawisko dla gwiazdowych czarnych dziur. Jest to zatem kolejny dowód, że czarne dziury gwiazdowe i supermasyme zachowują się podobnie (uwzględniając oczywiście różnice w tempie procesów).

Dane z Chandry mogą pomóc odpowiedzieć na pytanie: dlaczego dżety zanikają i jak czarna dziura reguluje ich powstawania i wzrost? Dlaczego dżety pojawiają się znów, gdy wiatr w dysku przestaje wiać? W jaki sposób materia opadająca na czarną dziurę nie przekracza horyzontu zdarzeń (granicy zza której nic nie wróci) i ucieka w przestrzeń w postaci relatywistycznych dżetów? Pytań nie brakuje. Badania trwają.

31 marca 2009
Źródło: Nature | Karolina Zawada

Liczba odsłon: 1233