Print this page
Wizja artystyczna silnego wiatru zaburzającego zewnętrzne obszary dysku z materii otaczajacej czarną dziurę. Materia dysku (kolor żółty) jest najpierw wyciągana z zewnętrznych warstw pobliskiej gwiazdy (u góry, po prawej stronie). Czarna dziura o masie gwiazdowej znajduje się w centrum dysku o rozmiarach 5 mln km. Pochłania ona materię wtedy i tylko wtedy gdy dociera ona do centralnych części dysku, o rozmiarach ok. 30 km Wizja artystyczna silnego wiatru zaburzającego zewnętrzne obszary dysku z materii otaczajacej czarną dziurę. Materia dysku (kolor żółty) jest najpierw wyciągana z zewnętrznych warstw pobliskiej gwiazdy (u góry, po prawej stronie). Czarna dziura o masie gwiazdowej znajduje się w centrum dysku o rozmiarach 5 mln km. Pochłania ona materię wtedy i tylko wtedy gdy dociera ona do centralnych części dysku, o rozmiarach ok. 30 km NASA/Swift/A. Simmonet, Sonoma State University

Wicher wokół czarnych dziur

Academia

2018-02-09

Co jakiś czas w materii wokół czarnych dziur dochodzi do wybuchów. Podczas trwania każdego takiego wybuchu muszą występować wiatry. Gdyby nie one, materia spadałaby do czarnych dziur znacznie wolniej, niż się obserwuje – informuje w „Nature” Bailey Tetarenko, doktorantka z University of Alberta w Kanadzie i jej zespół, w którym jest także prof. Jean-Pierre Lasota z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika Polskiej Akademii Nauk

 

– Wokół czarnych dziur tworzą się tzw. dyski akrecyjne. To płaskie struktury, gdzie zbiera się materia krążąca wokół centralnego ciała – mówi prof. Jean-Pierre Lasota. Dyskami tymi często wstrząsają wybuchy. Badacze z ośrodków w Kanadzie, Francji i Polsce pokazali, że przez cały czas takiego wybuchu (a może on trwać nawet miesiącami) z dysku wieje silny wiatr, wydmuchując z niego materię.

 

Prof. Lasota, współautor badania, w rozmowie z PAP wyjaśnia, że dyski akrecyjne we Wszechświecie występują bardzo często – powstają w centrach galaktyk, wokół rodzących się gwiazd, wokół czarnych dziur i gwiazd neutronowych i wokół martwych gwiazd zwanych białymi karłami. Badania opublikowane w „Nature” pokazały jednak coś, co astronomów zaskoczyło. Otóż w dyskach wokół czarnych dziur występują mechanizmy związane z opadaniem materii nie obserwowane w żadnych innych dyskach akrecyjnych. A wydawało się, że wszystkie one działają tak samo.

 

Materia w dyskach akrecyjnych wcale nie składa się z zimnych okruchów skalnych. Między czastkami powstają wiry i pojawia się tam coś w rodzaju tarcia. – Kiedy to tarcie za mocno grzeje, a materia za słabo się studzi, w dysku dochodzi do wybuchu – opowiada astronom. Wybuch rozprzestrzenia się w całym dysku i w przypadku otoczenia czarnych dziur może trwać miesiącami. Podczas takiego wybuchu materia z zewnętrznych części dysków zaczyna spadać do czarnej dziury wydzielając przedtem olbrzymie ilości energii.

 

Podczas takich eksplozji pojawia się promieniowanie rentgenowskie, które mogą zarejestrować satelitarne obserwatoria kosmiczne. Autorzy publikacji w „Nature” w ramach swoich badań analizowali tego typu dane pochodzące z pięciu obserwatoriów.

 

– Materia w dysku akrecyjnym nie krąży wiecznie po tych samych orbitach. Coś >>zmusza<< ciała, aby opadały" – mówi astronom. I dodaje, że jeśli ciało zmienia swoją orbitę, zmienia się też jego moment pędu. "Moment pędu mierzy ilość obrotów danego ciała – podsumowuje prof. Lasota.

 

To właśnie odpowiedni moment pędu „trzyma” Ziemię na jej orbicie. Gdyby nasza planeta straciła swój moment pędu – znacznie wyhamowała w swoim ruchu wokół Słońca, nie byłoby wyjścia. Musiałaby spaść na swoją gwiazdę. Co by się stało z hamującą Ziemią, można sprawdzić dzięki symulacji – zmniejszając prędkość Ziemi (velocity).

 

Na szczęście nie mamy się o co martwić, bo Ziemia nie zatrzyma się ot tak, po prostu. Coś musiałoby od niej odebrać ten moment pędu. "Całkowity moment pędu musi być w układzie zachowany, ale może być przenoszony z miejsca na miejsce" – zwraca uwagę rozmówca PAP.

 

W dyskach akrecyjnych moment pędu przenoszony jest na zewnątrz przez rodzaj magnetycznej lepkości. Z analiz Bailey Tetarenko wynika, że materia w dyskach akrecyjnych wokół czarnych dziur traci swój moment pędu o wiele, wiele szybciej, niż materia w dyskach akrecyjnych wokół białych karłów podczas wybuchów nowych karłowatych (badanych wcześniej pod tym kątem przez polskich astronomów). A wydawało się, że dysk akrecyjny to dysk akrecyjny – wszędzie powinien działać tak samo. Na szczęście dla astronomów – zauważa prof. Lasota – świat jest bardziej skomplikowany.

 

Naukowcy zastanawiali się więc, jaki dodatkowy mechanizm wyhamowuje materię w dyskach wokół czarnych dziur. Jedyną odpowiedzią, która pasowała im do równań, był wiatr, który w tym wypadku oznacza materię wyrzucaną w przestrzeń (mniej więcej tak, jak choćby wiatr słoneczny).

 

Istnienie tego wiatru wyjaśniają dwie hipotezy. Pierwsza z nich zakłada, że materia unoszona z silnym wiatrem zabiera moment pędu z dysku akrecyjnego. Przez to wybuchająca materia szybciej wciągana jest do czarnej dziury.

 

Druga z hipotez ma związek z istnieniem pola magnetycznego oraz z faktem, że wciągana do dysku wokół czarnej dziury materia, pochodząca z gwiazdy towarzyszącej czarnej dziurze, może być silnie namagnesowana. Obecność silnego pola magnetycznego zwiększa zaś wydajność procesu odbierania momentu pędu z materii w dysku akrecyjnym. Pole magnetyczne działa więc jak hamulec, przez który materia spada w kierunku czarnej dziury. Cały ten proces w sposób nieunikniony również musi się wiązać z powstawaniem wiatru.

 

Jak dodaje prof. Lasota, występowanie takich wiatrów ma szczególne znaczenie wokół czarnych dziur w centrach galaktyk. Wiatr ten może regulować ilość materii, która na czarną dziurę spada. Ale czy są to są wiatry podobne do tych odkrytych przez autorów pracy w „Nature”, tego jeszcze nie wiadomo.

 

 

  © PAP – Nauka w Polsce, Ludwika Tomala
Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl

 

 

 

 

 

Oceń artykuł
(0 głosujących)