Saját koronáját eszi az éhes fekete lyuk

8849

2018 márciusában egy csillagtömegű fekete lyuk, amely addig szinte láthatatlan volt, a röntgentartomány legfényesebb forrásává vált az égbolton. A hirtelen, ugrásszerű aktivitásnövekedés egy sor „fény-visszhangot” indított útjára, amelyekből sejthető, hogy a fekete lyukat tápláló gázfelhő formája megváltozott. Erin Kara (Marylandi Egyetem és NASA Goddard Űrközpont) és munkatársai 2019. január 10-én a Nature szaklapban közzétett tanulmányukban mutatták be, hogyan sikerült egyedülálló módon megfigyelniük ezeket a változásokat, és megfejteniük a fekete lyuk növekedésének titkát.

Művészi ábrázolás a MAXI J1820+070 jelzésű fekete lyukról, amely 2018. március 11-én hirtelen a legfényesebb röntgenforrássá vált az égen. Forrás: Aurore Simonnet, Nature

Azért lehetséges a fekete lyukak vizsgálata, mert bár ők maguk szinte láthatatlanok, a körülöttük lévő anyag nem az. Amikor egy csillagtömegű fekete lyukat a társcsillaga táplál, a befelé áramló gáz felforrósodik, és röntgensugárzást bocsát ki. Az így kialakuló anyagbefogási (akkréciós) korong körül lévő töltött részecskék egy még forróbb felhőt alkotnak, létrehozva a milliárd fokos koronát, amely még nagyobb energiájú röntgensugárzást bocsát ki.

Hogy a korona pontosan hogy néz ki, milyen alakú, azt nem tudják még. Úgy gondolják, hogy az akkréciós koronghoz hasonlóan ez is korong formájú, de nem lehet tudni, hogy mekkora. A helyzetet bonyolítja, hogy a csillagtömegű fekete lyukak nem táplálkoznak egészségesen. Néha zabálják a gázt, néha koplalnak, a röntgensugárzásuk pedig jellegzetes módon igazodik ehhez. A most vizsgált fekete lyuk esetében a korong és a korona alakjának folyamatosan változnia kell, de ezt a technika mai szintjén sajnos optikailag nem észlelhetjük.

A csillagászok ezért egy másik módszerhez folyamodtak: azt vizsgálták, hogyan verődik vissza a fény a rendszeren belül. A hétköznapi életben a denevérek ultrahangok kibocsátásával és visszaverődésük érzékelésével térképezik fel a környezetüket – a csillagászati megfelelő az ún. visszfények elemzése, amikor vagy közvetlenül látjuk a különböző térségekből más időkben visszaverődő fénysugarakat, vagy pedig következtetünk a különböző sugárzások időkésleltetéséből a forrás körüli anyag eloszlására. Kara és munkatársai utóbbi módszerrel, az indirekt visszfények elemzésével térképezték fel a gázfaló fekete lyuk szerkezetét.

A csapat a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén működő műszer segítségével észlelte először a fényes jelenséget. A MAXI röntgenégbolt-felmérő program 96 percenként pásztázza át röntgentartományban az egész égboltot, változócsillagok után kutatva. 2018. március 11-én ez a program szúrta ki a MAXI J1820+070 jelzésű forrást. Másnap az Űrállomás fedélzetén működő másik műszer, a Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) nevű röntgentávcső kezdte gyűjteni a forrásból érkező röntgenfotonokat. Rögzítette mindegyik energiáját és érkezési idejét annak ellenére, hogy 25 ezer foton árasztotta el másodpercenként. Kara és munkatársai a NICER adatainak segítségével megállapították, hogy először a nagy energiájú tartomány erősödik, majd halványul el, a kis energiájú tartomány pedig ezt követi. Ez a tendencia arra utal, hogy a nagy energiájú sugárzás a koronából érkezik a korongra, felmelegíti azt, majd alacsonyabb energián távozik onnan.

Az animáció a MAXI J1820+070 fekete lyuk koronájából induló röntgensugarak visszaverődését mutatja a korongról. A visszaverődések alapján a csillagászok feltérképezhetik a fekete lyuk koronáját és korongját. Forrás: NASA Goddard Space Flight Center

„Észrevettük, hogy a visszfények néhány hét alatt egyre közelebb és közelebb kerültek egymáshoz.” – mondta Kara. „A rendszerben valami egyre kisebb lett.” Mivel a korong röntgenkibocsátásának más jellemzői nem változtak ezekben a hetekben, Kara csapata feltételezte, hogy a változás nem a korongban zajlik. A korona volt az, amelynek a mérete a tizedére csökkent. Ez az első bizonyíték arra, hogy a fekete lyuk a koronából táplálkozik. Az időeltolódások részletes elemzése alapján a csapat megállapította, hogy a korona valószínűleg merőlegesen nyúlik a korong fölé és alá. Így kapcsolat lehet a korona és a fekete lyukat tartalmazó rendszereknél gyakran tapasztalt, nagy energiájú részecskékből álló jetek között.

Illusztráció a táplálkozó fekete lyuk által kibocsátott, nagy energiájú részecskékből álló jetről. Lehet, hogy a jetek a koronából származnak? Forrás: NASA / JPL-Caltech

Ezek az eredmények betekintést nyújtanak azokba a nagy léptékű eseményekbe, amelyek a szupernehéz fekete lyukak körül is zajlanak. Míg a csillagtömegű fekete lyukak néhány nap vagy hónap alatt „bekapcsolhatnak”, a galaxisok közepén lévő szupernehéz fekete lyukak több tízezer év alatt mennek át hasonló változáson. A különböző fekete lyukak további vizsgálata megerősítheti ezeket a feltételezéseket, és általuk még többet tudhatunk meg a Világegyetem működéséről.

 

Forrás: https://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/how-light-echoes-revealed-black-holes-feeding-habits/

Hozzászólás

hozzászólás