Divoké poblikávání černých děr

ESO 036/08 tisková zpráva

Dalekohledy VLT a kosmický satelit Rossi XTE zkoumají divoce proměnné černé díry

Unikátní pozorování rychlého poblikávání, přicházejícího z těsného okolí černých děr, poskytlo vědcům nový pohled na obrovské množství energie, které jimi protéká. Při srovnávání velmi rychlých změn toku záření ve viditelném a rentgenovém oboru odhalili astronomové jejich vzájemnou souvislost a dokázali, že magnetická pole musí hrát v procesech pohlcování hmoty černými děrami klíčovou roli.

Stejně jako světlo plamene svíčky, ani záření přicházející z okolí černých děr není stálé, ale projevuje se záblesky, „prská“ a „jiskří“. „Velmi rychlé změny intenzity světla přicházejícího z černých děr jsou nejčastěji pozorovány na vlnových délkách rentgenového záření,“ říká Poshak Gandhi, vedoucí mezinárodního týmu, který výsledky oznámil. „Tato nová studie je jednou z mála současných prací, které zkoumají také rychlé variace ve viditelném světle a zejména jejich vztah ke změnám toku rentgenového záření.“

Prudké změny v okolí černých děr byly pozorovány paralelně dvojicí odlišných přístrojů. Rentgenová data byla získána z oběžné dráhy pomocí satelitu Rossi X-ray Timing Explorer americké NASA, viditelné záření bylo zaznamenáváno vysokorychlostní kamerou ULTRACAM, dočasně instalovanou na ESO Very Large Telescope (VLT). Toto zařízení schopné zaznamenat až 20 snímků za sekundu bylo vyvinuto týmem Vik Dhillona a Tom Marshe. "Jedná se o  pozorování černých děr s největším časovým rozlišením, jakého bylo kdy dosaženo pomocí velkého dalekohledu," říká Dhillon.

Ke svému překvapení vědci zjistili, že změny jasnosti byly ve viditelném světle dokonce rychlejší než v případě rentgenových paprsků. Navíc se ukázalo, že záblesky v těchto oborech neprobíhají zároveň, ale opakovaně sledují určitý vzorec – rentgenovému zjasnění předchází pokles jasnosti ve viditelném světle a je následováno velmi krátkým optickým zábleskem. 

Zmiňované záření však nepřichází přímo z černé díry, ale je důsledkem mohutného toku elektricky nabitého materiálu v její blízkosti. Okolí černé díry se díky soupeření silného gravitačního pole,  magnetického pole a vysokého tlaku neustále mění. Intenzita záření emitovaného proudy horké hmoty je ve výsledku výrazně časově proměnná. „Nalezený vzorec chování ale představuje stabilní strukturu, která vyčnívá uprostřed jinak chaotických změn jasnosti a jako taková může poskytnout zásadní vodítko k pochopení dominantních fyzikálních procesů v pozadí jevu,“ říká člen týmu Andy Fabian.

Obecně se myslelo, že emise světla z okolí černých děr jsou sekundárním efektem rentgenového zjasnění, které ozáří okolní plyn a ten následně zasvítí ve viditelném oboru. Pokud by tomu tak bylo, každé zjasnění ve viditelném oboru by následovalo až po rentgenovém záblesku a jeho dosvit by musel probíhat mnohem pomaleji. „Velmi rychlé změny jasnosti ve viditelném oboru, které byly nyní nalezeny u obou sledovaných zdrojů, tento scénář vylučují,“ upozorňuje Gandhi. „Nejsou-li příčinou změn ve viditelném světle rentgenové variace, musí mít emise světla nějaký jiný obvyklý původ, a to v těsném okolí černí díry samotné.“

Nejlepším kandidátem na pozici dominantního fyzikálního procesu je v tomto případě silné magnetické pole. Hraje zde úlohu zásobníku, který nasává energii uvolněnou v blízkosti černé díry, a skladuje ji do okamžiku, než může být „vybita“ v podobě emise miliony stupňů horkého plazmatu vyzařujícího v rentgenové oblasti nebo jako proud nabitých částic putujících téměř rychlostí světla. Rozdělování energie mezi tyto dva výstupy pak může být původcem charakteristického vzorce rentgenové a optické proměnnosti.

Zdroj

Doplňující multimédia

Více Informací

Studované černé díry GX 339-4 a SWIFT J1753.5-0127 jsou v obou případech pozůstatky hmotných hvězd a patří k naší Galaxii. Každá je součástí bývalého dvojhvězdného systému, kde druhou složku tvoří hvězda hlavní posloupnosti, která ztrácí hmotu ve prospěch temného souputníka. Hmotnost obou černých děr se pohybuje kolem desetinásobku hmotnosti Slunce a oběžné dráhy mají velkou poloosu jen několik milionů kilometrů (mnohem méně než Merkur – 58 milionů kilometrů).

Kromě Gandhio, Dhillona, Duranta, Fabiana a Marshe jsou dalšími členy týmu Kazuo Makishima na University of Tokyo (Japonsko), Jon Miller na University of Michigan (USA), Tariq Shahbaz na Instituto de Astrofisica de Canarias (Španělsko) a Henk Spruit z Max-Planck-Institute for Astrophysics (Německo).

Gandhi, P., Makishima, K., Durant, M., Fabian, A. C., Dhillon, V. S., Marsh, T. R., Miller, J. M., Shahbaz, T. & Spruit, H. C., Rapid optical and X-ray timing observations of GX 339-4: flux correlations at the onset of a low/hard state, Monthly Notices of the Roy. Astron. Soc. Letters, 390, L29 (2008), astro-ph/0807.1529

Durant, M., Gandhi, P., Shahbaz, T., Fabian, A., Miller, J., Dhillon, V. S. & Marsh, T. R,. SWIFT J1753.5-0127: a surprising optical/X-ray cross-correlation function, The Astrophysical Journal, 682, L45 (2008), astro-ph/0806.2530
  

Kontakty:

Poshak Gandhi; RIKEN Cosmic Radiation Lab; Wako, Saitama, Japan; E-mail: pg (at) crab.riken.jp

Martin Durant; Instituto de Astrofísica de Canarias; La Laguna, Tenerife, Spain; E-mail: durant (at) iac.es

Vik Dhillon; University of Sheffield, UK; Phone: +44 114 222 4528; Email: Vik.Dhillon (at) sheffield.ac.uk

Tom R. Marsh; University of Warwick, UK; Phone: +44 247 657 4739; Email: t.r.marsh (at) warwick.ac.uk

Andy Fabian; Institute of Astronomy; Cambridge, UK; Phone: +44 1223 337548; Email: acf (at) ast.cam.ac.uk

ESO Press Officer: Dr. Henri Boffin - +49 89 3200 6222 - hboffin@eso.org
ESO Press Officer in Chile: Valentina Rodriguez - +56 2 463 3123 - vrodrigu@eso.org

Národní kontakt: Pavel Suchan +420 267 103 040 suchan@astro.cz

autor: Jiří Srba