Czy to, co pochłania czarna dziura, wpływa na jej wygląd?
Kiedy supermasywne czarne dziury w centrach galaktyk wysysają gaz ze swojego otoczenia, przegrzany gaz promieniuje w zakresie od promieniowania X do radiowego. Najnowszy artykuł bada, czy skład akreowanego gazu wpływa na obserwowane przez nas promieniowanie.
Obraz w świetle spolaryzowanym supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki M87. Źródło: ESO.
Co jedzą czarne dziury?
W 2019 i 2022 roku Teleskop Horyzontu Zdarzeń uchwycił obraz M87* i Sgr A*, supermasywnych czarnych dziur znajdujących się odpowiednio w centrach M87 i Drogi Mlecznej. Świecące pierścienie emisji radiowej otaczające te czarne dziury są wytwarzane przez elektrony spiralnie poruszające się wokół linii pola magnetycznego w niezwykle gorącym gazie – tak gorącym, że atomy ulegają rozszczepieniu, tworząc morze gołych jąder i elektronów.
Gaz pochłaniany przez M87* i Sgr A* jest prawdopodobnie mieszaniną wodoru i helu z odrobiną cięższych pierwiastków, ale nie znamy jego dokładnego składu. W nowej publikacji George Wong (Institute for Advanced Study) i Charles Gammie (University of Illinois) stawiają istotne pytanie: czy skład tego gazu wpływa na promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez dysk akrecyjny supermasywnej czarnej dziury?
Wodór kontra hel
Aby odpowiedzieć na to pytanie, Wong i Gammie zaczęli od prostego modelu, który pozwolił im oszacować niektóre efekty zmiany składu gazu z czystego wodoru do czystego helu. W każdym przypadku zespół wykorzystał obserwacje M87* i Sgr A* z EHT jako punktu odniesienia, dostosowując parametry modelu do momentu, aż symulowany strumień zrównał się ze strumieniem obserwowanym.
Symulacje te sugerują, że wraz ze wzrostem ilości helu, elektrony muszą mieć wyższą temperaturę, plazma musi być mniej gęsta, a pole magnetyczne słabsze, aby wytworzyć obserwowany strumień. Innymi słowy, zmiana składu gazu wymaga zmiany innych właściwości fizycznych układu, aby uzyskać taką samą ilość promieniowania. Te fizyczne zmiany mogą z kolei wpływać na inne właściwości obserwacji, takie jak polaryzacja, czy orientacja emitowanych fal światła.
Analiza opcji akrecji
W celu zbadania zmian polaryzacji i innych właściwości obserwacyjnych, Wong i Gammie wykorzystali wyniki tych prostych modeli do opracowania bardziej złożonych relatywistycznych modeli dynamiki płynów i wygenerowania systematycznych obrazów. Autorzy rozważali dwa skrajne przypadki – jeden, w którym gaz otaczający supermasywną czarną dziurę jest czystym wodorem, i jeden, w którym jest czystym helem. Zespół zbadał również dwa prawdopodobne modele akrecji gazu – jeden, w którym materia tworzy dysk akrecyjny, oraz jeden, w którym materia jest akreowana w losowych rozbłyskach.
Autorzy odkryli, że skład gazu wpływa na obserwowaną polaryzację, przy czym model oparty wyłącznie na helu ma bardziej uporządkowany wzór polaryzacji. Ponadto, zmiana składu gazu i metody akrecji (stała lub losowa) daje złożone rezultaty, w tym zmianę miejsca w dysku, w którym generowana jest emisja. Wyniki te pokazują, że obecność helu może wpływać na promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez akreującą czarną dziurę, co sugeruje, że przyszłe modele powinny uwzględniać skład akreowanego gazu jako ważną zmienną.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
.jpg)
