Najnowsze obserwacje teleskopu XRISM ujawniły dynamiczny, gorący gaz krążący wokół czarnej dziury, nawet gdy jej jasność była wyjątkowo niska. To pierwsze tak szczegółowe spojrzenie na słabo świecący układ podwójny i jego niezwykłą aktywność.
 |
| Wizja artystyczna rentgenowskiego układu podwójnego z czarną dziurą. Silna grawitacja czarnej dziury (pokazana jako mała czarna kropka w centrum dysku po prawej) przyciąga gaz z gwiazdy towarzyszącej (po lewej). Gdy gaz opada spiralnie do wewnątrz, tworzy wokół czarnej dziury wysokotemperaturowy dysk akrecyjny. Źródło: XRISM |
W skład XRISM wchodzi Resolve, najnowocześniejszy spektrometr miękkiego promieniowania rentgenowskiego, zdolny do pomiaru energii promieniowania rentgenowskiego z niespotykaną dotąd precyzją. Krótko po rozpoczęciu regularnych pomiarów zespół zaobserwował 4U 1630-472, rentgenowski układ podwójny czarnej dziury znajdujący się w konstelacji Węgielnicy. Przez około 25 godzin, od 16 do 17 lutego 2024 roku, XRISM obserwował układ tuż przed powrotem do stanu spoczynku pod koniec rozbłysku, gdy jego jasność w promieniach rentgenowskich spadła już do około 1/10 wartości szczytowej.
Obserwacja zjawisk przejściowych wymagała szybkiej koordynacji. Zespół codziennie monitorował rentgenowskie układy podwójne czarnych dziur za pomocą szerokokątnych instrumentów rentgenowskich, a następnie ściśle współpracował z zespołem operacyjnym XRISM, aby w krótkim czasie dostosować harmonogram, umożliwiając obserwację.
Uzyskane widma wykazały wyraźne linie absorpcyjne silnie zjonizowanego żelaza, nawet w słabym stadium. Co ciekawe, w drugiej połowie obserwacji absorpcja nasiliła się pomimo niewielkiej zmiany jasności promieniowania rentgenowskiego.
Analiza wskazała, że gaz absorbujący znajdował się w zewnętrznym dysku akrecyjnym i poruszał się z prędkością mniejszą niż około 200 km/s – znacznie wolniej niż wiatry o prędkości około 1000 km/s obserwowane w jaśniejszych fazach. Przy tak niskich prędkościach gaz pozostaje związany grawitacyjnie z czarną dziurą. Wzrost absorpcji w drugiej połowie obserwacji wynikał prawdopodobnie z lokalnego obłoku gazu na zewnętrznej krawędzi dysku, który mógł powstać w miejscu zderzenia strumienia gazu i gwiazdy towarzyszącej z dyskiem.
Odkrycia te stanowią pierwszy przypadek szczegółowego rozróżnienia absorpcji w rentgenowskim układzie podwójnym czarnej dziury o tak niskiej jasności. Dzięki wyjątkowym możliwościom spektralnym teleskopu XRISM astronomowie mogli zmapować ruch i rozkład gorącego gazu w pobliżu czarnej dziury w zakresie, który wcześniej był nieosiągalny.
Wyniki wskazują, że nawet przy słabym promieniowaniu rentgenowskim wokół czarnej dziury może być obecny silnie zjonizowany gaz, który potencjalnie jest w ruchu. Dostarcza to cennych informacji na temat napływu i odpływu gazu w dysku akrecyjnym oraz warunków fizycznych, które mogą inicjować powstawanie wiatru.
Wyniki te pokazują, że w obserwowanym tutaj słabym stanie gaz o wysokiej temperaturze nie ucieka z układu jako wiatr. Jednak w jaśniejszych stanach zaobserwowano, że 4U 1630-472 uruchamia potężne, szybkie wypływy, co rodzi kluczowe pytania:
- jakie dokładnie warunki jasności i struktury dysku powodują przyspieszenie gazu do szybkich wiatrów?
- ile masy i energii takie wiatry wprowadzają do otoczenia?
Kolejnym celem zespołu jest uchwycenie przyszłych rozbłysków o różnych poziomach jasności za pomocą XRISM, co umożliwi im śledzenie zmian właściwości gazu w czasie. Zespół jest teraz w gotowości, aby szybko zareagować w przypadku kolejnej erupcji rentgenowskiego układu podwójnego czarnej dziury.
Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Czytaj też:
