Tajemnicza struktura wokół czarnej dziury

Klatka animacji ukazująca karła typu M w momencie zasilania gazem grubego dysku wokół niewidocznej czarnej dziury. W wewnętrznej części dysku uformowała się struktura w kształcie pączka z dziurką. Przesłania ona światło położonych w samym środku układu obszarów. Źródło: Gabriel Perez Diaz / IAC

W styczniu 2011 roku satelita Swift uchwycił słaby błysk promieniowania rentgenowskiego, które okazało się pochodzić z najbardziej niezwykłego, podwójnego układu gwiazd. W ostatnim wydaniu prestiżowego czasopisma Science opublikowano analizę danych z układu Swift J1357.2-093313. Składa się on z czerwonego karła i towarzyszącej mu czarnej dziury, okrążających się nawzajem raz na każde ziemskie 2,8 godziny, czyli z jednym z najkrótszych okresów orbitalnych, jakie kiedykolwiek odnotowano w systemie binarnym.

Pod koniec swego życia gwiazdy - olbrzymy eksplodują w spektakularny sposób, odrzucając daleko swe zewnętrzne warstwy. Wówczas ich wnętrza – jądra – zaczynają się gwałtownie zapadać grawitacyjnie. Może to skończyć się bardzo różnie. W przypadku Swift J1357 pozostały po tym procesie, bardzo gęsty, zapadły rdzeń ma masę mniej więcej trzech mas Słońca, przy dużo mniejszej średnicy, a to oznacza, że jest na pewno czarną dziurą. Po tym, jak wstęgi gazu pierwotnej gwiazdy oddaliły się, towarzysząca tej czarnej dziurze gwiazda karłowata zaczęła przekazywać jej własną materię gazową z otoczki. Materia ta gromadzi się w gruby dysk, zasilający czarną dziurę. Jej obecność zdradzają między innymi światło i promieniowanie X pochodzące z tego procesu. Znamy do dziś 18 tego typu układów podwójnych w Naszej Galaktyce.


Dalsze obserwacje
przeprowadzone przy pomocy teleskopów zlokalizowanych na Wyspach Kanaryjskich dowodzą jednak, że Swift J1357 nie jest takim „zwykłym” układem. Jego krzywa zmian blasku charakteryzowana jest przez szereg spadków jasności o nawet o 0,8 wielkości gwiazdowej na kilka minut. Te spadki jasności są znacznie krótsze niż okres orbitalny układu, a co dziwne, pojawiają się w coraz to dłuższych odstępach czasu w ciągu około dwóch miesięcy obserwacji, z około 2,3 minuty do 7,5 minut. Cokolwiek blokuje więc światło, porusza się także, odchodząc coraz bardziej od czarnej dziury w tym czasie.

Co to zatem jest, jeśli nie statek Obcych ? Ta blokująca struktura może być wykrzywienie, zagięcie w gazowym dysku zasilającym czarną dziurę. W takim przypadku silnie zmienne w czasie spadki jasności mogą być efektem fali gęstości w dysku. Autorzy wspomnianej wyżej publikacji preferują jednak inny scenariusz, zgodnie z którym światło dysku jest zatrzymywane przez strukturę zewnętrzną w stosunku do niego, czyli nieregularną chmurę gazu. Przedstawia to najlepiej poniższa animacja:


http://www.youtube.com/watch?v=cwTpZWriP0s&feature=player_embedded

Taki torus okrążałby czarną dziurę dużo szybciej niż zewnętrzna obwódka, a jego skraj może być silnie postrzępiony, co powoduje właśnie obserwowane skoki w jasności całego obiektu. Widoczny jest tu także czerwony karzeł zasilający dziuręjasna plamka pojawia się tam, gdzie strumień przekazywanego gazu styka się z dyskiem.

Jednak nie wszyscy specjaliści zgadzają się z tymi hipotezami. Przedmiotem krytyki naukowców jest między innymi fakt stabilności. Nie wiadomo, czy taka struktura blokująca światło widzialne może istnieć na tyle długo, by mogła pozostać stabilna nawet po oddaleniu się od samej gwiazdy. Dotyczy to jednak obu proponowanych wyjaśnień, czyli hipotezy o torusie gazowym oraz o istnieniu fali w dysku. Wątpliwości budzi też fakt, że układ Swift J1357 nie jest tak jasny na falach radiowych, jak wynikałoby to z porównaniem z innymi podwójnymi układami rentgenowskimi. To z kolei oznaczać może, że takie a nie inne zachowanie się układu może być efektem nieznanych nam jeszcze mechanizmów.

Liczba odsłon: 1329