Czarne dziury nie są cichymi odkurzaczami z filmów science fiction. Są chaotyczne. I bardzo burzliwie.
Astronomowie korzystający z Wielkiego Teleskopu Południowego (VLT) byli w stanie zajrzeć w chaos. Obiektem badań był Swift J1727.8-1613, układ położony około 8800 lat świetlnych od Ziemi. W 2023 roku ta konkretna czarna dziura przeszła okres aktywnego żerowania, stając się jednym z najjaśniejszych źródeł promieniowania rentgenowskiego widocznych z naszej planety.
Ale oto niespodzianka. Konsekwencje nie milczały. Było wietrznie.
Dlaczego czarne dziury żywią się mniej efektywnie, niż nam się wydawało
Powszechnie uważa się, że czarne dziury to otchłanie bez dna. Substancja wpada do środka, światło gaśnie. To wszystko.
Dane dla systemu Swift J1727.8–1613 sugerują co innego.
Zespół kierowany przez Noela Castro Segurę z Uniwersytetu w Warwick zaobserwował, jak ta czarna dziura wyrywa atmosferę ze swojej gwiazdy towarzyszącej. Oczekiwania były proste: zobaczyć, jak wszystko zostaje wciągnięte przez horyzont zdarzeń. Zamiast tego badacze zaobserwowali złożone działanie „układu trawiennego”. Część materiału rzeczywiście została wchłonięta, a znaczna jego część została wyrzucona z powrotem w przestrzeń kosmiczną z ogromną prędkością.
“To, co widzimy, jest znacznie trudniejsze do przełknięcia. Materiał wpada, system poddaje go recyklingowi i zaskakująco duża ilość materiału jest ponownie uwalniana.”
Naukowcy odkryli coś sprzecznego z intuicją. Najpotężniejsze wyrzuty miały miejsce, gdy „głód” czarnej dziury był w rzeczywistości mniejszy, niż wcześniej sądzono. To tak, jakby ktoś dokończył jedzenie i rzucił jego połowę w ścianę.
Jeśli czarne dziury nie są w stanie nawet utrzymać pożywienia, co to oznacza dla ewolucji gwiazd?
Obserwowanie zmian dysku akrecyjnego w czasie
Większość badań uwzględnia tylko jeden punkt. Eksplozja. Błysk. Następnie wzrok kieruje się w bok.
Segura i jej koledzy nie przestawali. Obserwowali zmianę systemu w czasie rzeczywistym, tworząc dosłownie „film” przedstawiający bycie pochłoniętym przez czarną dziurę.
Oto jak to wygląda z fizycznego punktu widzenia:
1. Gwiazda zbyt blisko czarnej dziury.
2. Grawitacja czarnej dziury rozrywa ją na kawałki.
3. Materia gwiazdowa nie opada bezpośrednio do wewnątrz – ma moment pędu.
4. Wiruje, tworząc strukturę zwaną dyskiem akrecyjnym.
Dysk ulega przegrzaniu i zaczyna świecić. Siły tarcia i pływów „przygotowują” go.
Gdy czarna dziura wyrzuciła strumienie plazmy, sam dysk akrecyjny zmienił kształt. To się przekręciło i dostosowało. Związek pomiędzy spadającą materią a wybuchającymi strumieniami nie jest jedynie związkiem przyczynowo-skutkowym. To pętla sprzężenia zwrotnego. System „mówi” sam do siebie.
A kiedy zakończył się okres aktywnego karmienia? Wiatry nie zniknęły wraz z nim.
Gęsty gaz nadal ulatniał się. Czarna dziura nadal traciła masę. Naukowcy spekulują, że całkowita ilość materiału wyrzucona z powrotem w przestrzeń może być równa ilości materiału faktycznie wchłoniętego. Połowa posiłku przepadła. Połowa zjedzona.
Jak emisja dżetów zmienia wzorce ewolucji gwiazd
Nie mówimy tylko o jednej czarnej dziurze. To pytanie, w jaki sposób obliczamy cykl życia gwiazd podwójnych w skali galaktyki.
Jeśli połowa materii zostanie wyrzucona, a nie akreowana (wchłonięta), wówczas czarne dziury rosną znacznie mniej wydajnie, niż sugerują nasze obecne modele. To zmienia matematykę. To zmienia ramy czasowe.
Kyle Solomons, doktorant na Uniwersytecie w Kapsztadzie, który wziął udział w badaniu, zauważył, że zwykle widzimy tylko „pierwszy akt”.
„Zazwyczaj wolimy spektakularne pokazy sztucznych ogni… ale z naszych obserwacji wynika, że finał może być najbardziej intensywną częścią.”
„Kosmiczna niestrawność” Swift J1727.5–1613 zapewnia najjaśniejszy obraz tego procesu, jaki kiedykolwiek zaobserwowano. Nie chodzi tylko o grawitację przyciągającą obiekty do środka. Chodzi także o presję, która ich wypycha.
Czarna dziura nie tylko jadła. Zadławiła się. I obficie wypluwał wszystko dookoła.
Co więc dzieje się z wyrzuconymi szczątkami gwiazd? Czy tworzą nowe gwiazdy? A może po prostu dryfują w próżni? Jeszcze nie wiemy. Ale teraz wiemy, że czarna dziura próbowała ją zatrzymać. Nie udało mi się. A ona próbowała dalej.
