Naukowcy dokonali fascynującego odkrycia dotyczącego mechanizmu, dzięki któremu gwiazdowe czarne dziury emitują potężne strumienie plazmy. Strumienie te pojawiają się, gdy wewnętrzna krawędź dysku akrecyjnego gwałtownie zbliża się do czarnej dziury, osiągając tak zwaną najbliższą stabilną orbitę (ISCO).

Czarne dziury odgrywają kluczową rolę w galaktycznej strukturze i są fundamentem naszej wiedzy o grawitacji, przestrzeni oraz czasie. Gwiazdowe czarne dziury, powstające w wyniku grawitacyjnego zapadania się masywnych gwiazd, mają masy od 3 do 20 razy większe niż nasze Słońce.

Jak powstają strumienie plazmy?

Czarne dziury wystrzeliwują zjonizowane wiązki gazu z prędkościami bliskimi prędkości światła. Choć fenomen ten znany jest od ponad wieku, przyczyny i sposób jego powstawania pozostają zagadką, odzwierciedlaną w fizyce jako jeden z jej największych cudów.

Prof. Kazutaka Yamaoka z Uniwersytetu Nagoya w Japonii, we współpracy z naukowcami z Uniwersytetu Toyama i innych instytutów, odkryli kluczowe warunki potrzebne do wytwarzania tych strumieni. Publikując swoje badania w "Publications of the Astronomical Society of Japan", pokazali, że to gwałtowne kurczenie się przegrzanej materii gazowej w stronę czarnej dziury prowadzi do powstania strumieni plazmy.

Dlaczego to odkrycie jest przełomowe?

Zrozumienie tych strumieni ma ogromne znaczenie dla naszej wiedzy o ewolucji galaktyk, dystrybucji energii we Wszechświecie oraz samej naturze czarnych dziur. Strumienie wpływają na formowanie gwiazd, dostarczają energię na ogromne odległości i są kosmicznymi sygnałami nawigacyjnymi, które pomagają lokalizować odległe czarne dziury. Ponadto, oferują wgląd w fundamentalne zjawiska fizyczne związane z tymi tajemniczymi obiektami.

Materiał jak pył i gaz jest przyciągany w stronę czarnych dziur dzięki ich potężnej grawitacji, wirując wokół nich w formie tak zwanego dysku akrecyjnego — kluczowego dla powstawania strumieni.

Jak doszło do odkrycia?

Zespół naukowców badał system czarnej dziury w towarzystwie gwiazdy podobnej do Słońca. W tym układzie, strumienie pojawiały się regularnie, co 20 dni, co czyniło go idealnym obiektem do dalszych badań. Analiza danych z obserwacji rentgenowskich i radiowych z lat 1999-2000 pozwoliła na śledzenie zmian emisji i oszacowanie całkowitej energii wytwarzanej przez strumienie.

Rewolucjonizujące wnioski

Badania wskazały, że strumienie formują się, gdy wewnętrzny promień dysku akrecyjnego nagle maleje i osiąga stabilną orbitę ISCO. Naukowcy zauważyli, że emitowane promieniowanie rentgenowskie zmienia się, gdy wewnętrzny promień dysku zbliża się do czarnej dziury, co prowadzi do erupcji strumieni.

To odkrycie zrewolucjonizuje nasze rozumienie powstawania strumieni. Naukowcy zidentyfikowali dwa kluczowe warunki do ich tworzenia: wewnętrzna krawędź dysku musi szybko zbliżać się do czarnej dziury i osiągnąć ISCO.

Naukowcy mają nadzieję, że ich badania pomogą lepiej przewidywać występowanie strumieni plazmowych w różnych układach czarnych dziur, a także zrozumieć, jak te procesy mogą działać w supermasywnych czarnych dziurach znajdujących się w centrach galaktyk.

Prof. Yamaoka podkreślił, że chociaż czarne dziury w układach podwójnych różnią się od ich supermasywnych odpowiedników, podobne mechanizmy mogą działać na każdej skali.