Zespół astronomów z RPA, Wielkiej Brytanii, Francji i Stanów Zjednoczonych odkrył znaczące zmiany jasności jednej z najbliższych nam czarnych dziur. Znajduje się ona o 9600 lat świetlnych od nas. Według badaczy zmiany jasności to dowód na to, że dysk wokół czarnej dziury jest zakrzywiony.
Dysk w pobliżu czarnej dziury
Czarna dziura jest obiektem tak masywnym, że nic – nawet światło – nie może się zeń wydostać. Jednak można dostrzec ślady materii, którą czarna dziura przyciąga. Materia rozpędza się wtedy do olbrzymich prędkości, co powoduje, że emituje promieniowanie – głównie z zakresie rentgenowskim.
Dysk wokół czarnej dziury może powstać tylko wtedy, gdy w pobliżu są chmury pyłów lub gazów. Jednak czarne dziury mogą powstawać też w układach podwójnych, gdy jedna z gwiazd wyczerpie swoje paliwo. Brak reakcji termojądrowych sprawia, że materia gwiazdy zapada się pod wpływem własnej grawitacji w czarną dziurę. Wokół takiej czarnej dziury powstaje dysk z materii przyciąganej z towarzysza – drugiej, wciąż aktywnej gwiazdy.
Nietypowy obiekt MAXI J1820+070
MAXI J1820+070 to złożony z czarnej dziury i gwiazdy obiekt, który rozbłysnął w zakresie promieniowania rentgenowskiego w marcu 2018 roku. Wykrył go japoński teleskop na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Pozwoliło to ustalić, że gwiazda ma mniej więcej masę Słońca, czarna dziura zaś – ośmiokrotnie większą.
Badacze opublikowali analizę obserwacji tego układu podwójnego w czasopiśmie naukowym „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”. Były to obserwacje o tyle niecodzienne, że prowadzone w dużej mierze przez astronomów-amatorów, zrzeszonych w amerykańskim stowarzyszeniu obserwatorów gwiazd zmiennych (American Association of Variable Star Observers, czyli AAVSO).
MAXI J1820+070 jest jednym z najjaśniejszych takich układów zmiennych w zakresie rentgenowskim. Jest stosunkowo blisko Ziemi i nie leży w płaszczyźnie dysku Drogi Mlecznej, więc mniej obłoków pyłu i gazów go zasłania. Między innymi dlatego obserwować go mogli też amatorzy.
Prof. Phil Charles z University of Southampton tłumaczy, że do rozbłysków dochodzi, gdy materiał przyciągany z gwiazdy przez czarną dziurę nagrzewa się tak, że staje się niestabilny. To bardzo chaotyczne i nieprzewidywalne zjawisko. Może trwać ułamki sekund lub tygodnie. W tym wypadku trwało wystarczająco długo (kilka miesięcy), by dało się je dokładnie zaobserwować.
Badacze przygotowali symulację, na której widać, jak rozbłysk w pobliżu czarnej dziury emituje promieniowanie rentgenowskie. Ono z kolei podgrzewa okoliczną materię dysku do około 10 tysięcy stopni Celsjusza, co powoduje jej świecenie.
Nieoczekiwane zmiany w jasności MAXI J1820+070
Trzy miesiące po wybuchu układu MAXI J1820+070, zaczęły się pojawiać nieoczekiwane zmiany w jasności światła widzialnego. Co 17 godzin poziom jasności spadał i wzrastał. Jednak poziom promieniowania rentgenowskiego pozostawał stały.
Podobne zmiany jasności były już wcześniej obserwowane w przypadku innych zmiennych, ale nigdy nie były one tak duże. Badacze uważają, że przyczyną takiego zjawiska może być silna emisja promieniowania rentgenowskiego, która wygięła dysk materii. To spowodowało, że obserwowaliśmy emisję światła z większej części powierzchni niż w przypadku dysku prostego.
Takie zjawisko było już obserwowane w przypadku układów składających się z masywnych gwiazd. Jednak nigdy wcześniej nie zaobserwowano go w przypadku niewielkich gwiazd z tak bliska i z taką dokładnością.
Siedem lat temu rozpoczęto program dokładnych obserwacji zmiennych rentgenowskich dzięki Southern African Large Telescope (SALT). Teleskop ten, wybudowany w Republice Południowej Afryki, jest największym pojedynczym teleskopem optycznym na półkuli południowej. Dzięki niemu uzyskano cenne obserwacje ciasnych układów podwójnych, takich jak MAXI J1820+070.
